用DIS研究机械能守恒定律

实验目的

用 DIS 测量摆锤各位置的速度与高度,研究机械能守恒。

实验原理

摆锤摆动时只有重力做功,动能与重力势能相互转化而总和不变,即 Ek + Ep = 常量。摆锤上挡光片的宽度 d 已知,挡光时间为 Δt,则速度 v ≈ d/Δt。再选定零势能面,即可算出各点的动能 1/2 mv² 和势能 mgh。

实验器材

• 摆锤(带挡光片)
• 光电门传感器
• 数据采集器
• 计算机与DIS软件
• 标尺盘
• 铁架台

实验步骤

1. 安装摆锤和标尺盘,把光电门放在摆锤最低点附近。
2. 在软件中输入摆锤质量、挡光片宽度等参数,选定零势能面。
3. 将摆锤从某一高度由静止释放,记录挡光时间。
4. 改变释放点或测量位置,依次测出各点的速度。
5. 观察软件给出的各点动能、势能和机械能。
6. 比较各点机械能的大小,得出结论。

实验现象与结论

摆锤下降时重力势能减小、动能增大,上升时相反。在误差允许范围内,各位置的机械能近似相等,说明只有重力做功时机械能守恒。

注意事项

• 摆锤应由静止释放,不要用力推。
• 光电门对准挡光片,避免被摆锤撞击。

常见问题

DIS 实验中怎样得到摆锤的速度?

光电门记录挡光片通过的时间 Δt,用挡光片宽度 d 除以 Δt,得到近似的瞬时速度。

为什么要选定零势能面?

重力势能与参考面有关。选定后才能算出各点的 mgh,并比较不同位置的机械能。