验 实验 3 单摆验证机械能守恒定律 【实验目的】 验证机械能守恒定律。 【实验器材】 铁架台、细线(长约 0.5m)、小钢球、画有等高标记线的背景板、光电门传感器、数据采集器、计算机。 实验装置图如图 2.6-6 所示。 【实验原理】 物体在摆动过程中的重力势能和动能可以互相转化,但总的机械能守恒。设物体自高为 h 处释放,摆至最低点时的速度为v,则 mgh= 。利用光电门测出物体在最低点的速度,即可验证机械能是否守恒。 【实验设计与步骤】 在图 2.6-6 所示的背景板上摆球运动过程中的最低点处固定一光电门,仔细调整光电门的高低位置,使得摆球通过光电门时恰好摆球中心水平直径挡光,即挡光长度为摆球 d,在数字计时器上读出挡光时间 t,可计算出摆球通过光电门时的速度为 v= ,求出动能 E ;测出摆球释放点距摆球运动过程中最低点的垂直距 h,以最低点为参考平面,分别计算两侧最高点的重力势能 E ,比较 E 和 E 是否相等,验证机械能守恒。 1. 在图2.6-6所示的背景板上摆球运动过程中的最低点处固定一光电门,仔细调整光电门的高低位置,使得摆球通过光电门时摆球中心水平直径恰好挡光。 2. 把小钢球用细线悬挂起来,把小球依此拉到宝鸡县 A、B、C、D点处释放,并分别记录摆球释放点距离摆球运动过程中最低点的垂直距离 h。 3. 分别记录上述四种情况下摆球通过最低点时的速度 v。 【实验数据记录与分析】 参考实验数据及处理结果见表 2.6-3. 表 2.6-3 m=0.028kg,g=9.8m/s ,d=1.91cm 实验次数 1 1.6690 0.039 0.15 0.0411 2 1.3887 0.0270 0.10 0.0274 3 0.9710 0.0132 0.05 0.0137 4 0.6094 0.0052 0.02 0.0055 结论:在误差允许的范围内机械能守恒。 【问题与讨论】 1、 小球摆动过程中的能量是如何转化的? 答:小球在向下摆动的过程中重能势能转化为动能,向上摆动的过程中动能转化为重力势能。 2、 小球摆动过程中机械能会不会变化? 答:小球摆动过程中机械能保持不变。 3、 小球所受到各个力做功的情况如何? 答:小球在向下摆动的过程中重力做正功,在向上摆动的过程中重力 做负功,整个过程中拉力不做功。