实验二十二 机械能守恒定理（斜轨法）实验目的用斜轨法验证机械能守恒定律。实验原理位于倾斜轨道上的小车，忽略轨道的摩擦力，因只有重力对其做功，所以机械能守恒。取低处光电门传感器(接数据采集器第二通道)为零势点，设两光电门之间的高差为 h，则：在两光电门传感器处小车的机械能分别为：E1＝ 1/2mv 12 +mgh 、E2＝ 1/2mv 22；若 L1为两光电门间的距离，L2为轨道两支脚之间的距离，S 为轨道一个支脚调高高度，S’为本支脚平衡摩擦后高度，则公式中 h ＝ L 1*(S-S ’ ) /L 2。本实验中，“I”型挡光片的宽度为 0.02m，小车的质量为 0.2345kg， L1＝0.50m，L2＝1.00m，S＝0.037m, S’＝0.013m，所以 h＝0.012m。两光电门传感器处机械能损耗的计算公式为：n ＝（ E 1-E2） / （（ E 1+E2） /2 ） 。实验器材朗威 DISLab、计算机、DISLab 力学轨道及附件、天平等。实验装置图见图 22-1。实验过程与数据分析1．将力学轨道调节水平，把一侧调高 3.7cm，按 0.5 米间距安装两光电门；2．将两光电门接入数据采集器第一、二通道；图 22-1 实验装置图13．打开“计算表格”，点击“自动记录”中的“开始”，让小车自由向下滑动 5~6 次，点击停止；4．点击“公式”，输入变量和计算公式，得到计算结果（图 22-2）；5．由结果可见：六次实验中机械能损失仅在 1.90%~2.90%之间；6．进一步改进实验手法，精细调节力学轨道垫高的角度，平衡摩擦力，可大幅度提高实验精度，得到图 22-3 所示的计算结果，机械能的损失已控制在千分之一以内；7．由此可得出结论：在只有重力做功的情况下，机械能守恒。本实验亦可采用气垫导轨。实验器材朗威 DISLab、计算机、气垫导轨、天平等。实验装置图见图 22-4。图 22-2 数据计算结果图 22-3 改进实验手法可大幅度提高实验精度图 22-4 实验装置图2实验过程与数据分析1．将气垫导轨调节水平，把一个支脚调高 2.4cm，（也可先安装，测量出角度后修改公式）按 0.5 米间距安装两光电门；2．将两光电门接入数据采集器第一、二通道；3．打开“计算表格”，点击“自动记录”中的“开始”，启动气源，让滑块自由滑下 4~5次，关闭气源；4．点击“公式”，输入变量和计算公式，得到计算结果（图 22-5）；5．由结果可见，五次实验中机械能损失仅在 1.30~1.95%之间。在误差范围内，可得出结论：在只有重力做功的情况下，机械能守恒。图 22-5 换用气垫导轨实验结果3
