机械能守恒试验的探究性思考VIP专享VIP免费

1 机械能守恒实验的探究性思考陶兆宝（本文发表于《物理教学》 2009 年第 6 期）寻找物理量的守恒是研究物理的一种重要方法，通过寻找守恒量可以使问题的解决大为简化，通过从不同角度探究、验证机械能守恒，可使我们对寻找守恒量的思想和方法有更深的体会，本人对探究机械能守恒的几种不同思想有些体会，愿与读者进行交流。一、利用自由落体法验证机械能守恒利用落体法验证机械能守恒是一种最简单的方法，利用打点计时器记录的时间和位移，可以算出下落高度对应的重力势能和动能的变化量，探究落体运动中的机械能是否守恒。为了探究自由落体机械能是否守恒，如图 1-1 ，取质量 m=1 千克的物体自由下落，得到如图1-2 所示的纸带，其中所选的纸带中所打的第一、第二点间的距离在约是2mm，相邻计数点时间间隔取0.04s ，实验中由于下落速度增大，相同时间通过的位移变大，所以左端O与重物相连， B 的速度为 AC的平均速度smvB/125.204.021550.03250.0，物体从 O 到 B 的重力势能减小为JE P28.22325.08.91，动能的增大为JEk26.2125.21212，在误差范围内，重物下落过程中机械能守恒, 产生误差的主要原因为重锤下落过程中受到阻力（空气阻力、纸带与限位孔间的摩擦力）的作用。如果打第一、 二点的间距不是约2mm，或者前面的点由于距离太小模糊不清，用后面的点也可探究机械能是否守恒，对从B 到 C 的过程研究，物体在C 的速度为smvc/50.204.022325.04325.0，C点的动能为JE k13.350.21212，动能增大为 0.87J ，从 B 到 C重力势能减小为JE P91.0)2325.03250.0(8.91，从实验结果看，相对误差为%4.491.087.091.0，虽然两点取得较近，仍在误差范围内符合机械守恒的规律。另外可以用蘸有颜料的毛笔固定在马达上并随之转动，使之替代打点计时器，如图2（a）所示，将包有白纸的圆柱棒总质量为m 替代纸带和重物。当烧断挂圆柱的线后，圆柱棒竖直自由落下，毛笔就在圆柱棒面上的纸上画出记号，如图 2(b)所示。测得记号之间的距离依次为26 mm、42mm、58mm、74mm、90mm、106mm，已知马达铭牌上有“ 1500r／ min”字样，由此验证机械能守恒。毛笔画的线距时间间隔T＝ 0.04s ，根据图中所给数据，可知毛笔画下记号C 时，圆柱棒下落速度vC＝1.25m/s ，画下记号D 时，圆柱棒下落速度vD＝1.65m/s ，动能的增加量为0.58mJ ，在2 这段位移上，圆柱棒重力势能的减少量为0.57mJ ，由此可得出结论为物体在自由下落过程中机械能守...