機械能守恒定律的實驗驗證中,一般不涉及彈性勢能,此時機械能守恒的條件是,在物體系統的運動過程中只有重力做功。這時只是重力勢能與動能的相互轉化,系統增加(或減小)的重力勢能等于減少(或增加)的動能。
要用實驗驗證這一關系,需測出運動過程中物體系統內各物體的高度變化,從而計算系統重力勢能的變化量,這可以用刻度尺測量。測需要測出系統中各物體的初、末速度,從而計算系統動能的變化量,這可以用打點計時器、光電門、速度傳感器等測量,也可以利用其它物理規律測量。
完成此實驗,
一是機械能守恒條件的創設,即讓無彈性形變的物體系統只受重力這一外力的作用,或雖有非重力作用,但它們不做功;
二是測算出運動過程中兩個狀態間系統減少的重力勢能與增加的動能;
三是比較與在誤差范圍內是否相等。由于空氣阻力及摩擦力的不可避免,總有△Ep>△Ek。
實驗室主要的驗證方法有:物體自由落體運動法、小車在滑板上做勻加速法、小球做平拋運動法、利用DIS系統驗證、兩物體系統在豎直方向的勻加速運動等方法。雖然具體的操作方法不同,但都是設法獲得運動過程的速度變化和高度變化信息,比較計算出機械能和動能變化來驗證的。
高中物理教材上面有詳細的介紹 在這里我簡單的說一下原理:只有重力做功的自由落體運動遵守機械能守恒定律,即重力勢能的減少量等于動能的增加量。利用打點計時器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度,計算出瞬時速度,即可驗證物體重力勢能的減少量與物體動能的增加量相等。
器材: 打點計時器、紙帶、復寫紙、低壓電源、重物(附紙帶夾子)、刻度尺、鐵架臺(附夾子)、導線。
將打點計時器固定在支架上,并用導線將打點計時器接在交流電源上;將紙帶穿過打點計時器,紙帶下端用夾子與重物相連,手提紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方; 接通電源,松開紙帶,讓重物自由下落,打點計時器就在紙帶上打下一系列小點;重復實驗幾次,從幾條打上點的紙帶中挑選第一、二兩點間的距離接近2mm,且點跡清晰的紙帶進行測量;記下第一個點的位置O,在紙帶上選取方便的個連續點1,2,3,4,5,用刻度尺測出對應的下落高度h1,h2,...;用公式計算各點對應的瞬時速度;計算各點對應的勢能減少量和動能增加量,進行比較。
結論:在誤差允許的范圍內,重力勢能減少量等于動能的增加量,即機械能守恒