張羽　唐兒安琪　王珊

摘? 要：利用美國(guó)PASCO公司的傳感器動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)搭建測(cè)試平臺(tái)，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)傳感器測(cè)量小車在光滑斜坡上運(yùn)動(dòng)的速度和位置，進(jìn)而對(duì)小車在光滑斜面上的動(dòng)能與重力勢(shì)能進(jìn)行精確計(jì)算。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)小車在斜坡頂端無(wú)初速度釋放時(shí)，初始的速度圖像波動(dòng)比較大，不適合參與計(jì)算，應(yīng)選取中間平穩(wěn)速度曲線參與計(jì)算為最佳，實(shí)驗(yàn)結(jié)果在正確度5%以內(nèi)，較好地驗(yàn)證了能量守恒定律。

關(guān)鍵詞：PASCO動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)? 能量守恒? 實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：0436 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）09（c）-0216-02

能量守恒定律是物理學(xué)中的重要內(nèi)容，具體而言，能量守恒定律可以表述為：一個(gè)系統(tǒng)的總能量的改變只能等于傳入或者傳出該系統(tǒng)的能量的多少[1]。利用PASCO動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)[2]在光滑斜面上的小車運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦力的影響忽略不計(jì)，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)傳感器記錄小車的速度和移動(dòng)距離的關(guān)系，計(jì)算動(dòng)能的增加量和勢(shì)能的減少量，驗(yàn)證能量是否守恒。小車的運(yùn)動(dòng)過(guò)程由電腦監(jiān)控，數(shù)據(jù)讀取準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)圖像清晰，便于觀察與計(jì)算[3]。

1? 實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)原理：將小車無(wú)初速度地放在傾斜軌道上，小車由于自身重力在斜面上的分力會(huì)使小車向下運(yùn)動(dòng)，此過(guò)程中小車的重力勢(shì)能減少而動(dòng)能增加。該實(shí)驗(yàn)將驗(yàn)證動(dòng)能與重力勢(shì)能將相互轉(zhuǎn)換，而保持總能量的不變，即驗(yàn)證能量守恒在僅由重力勢(shì)能與動(dòng)能組成的情況。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下。

（1）將軌道抬起一定角度，用支架固定，將運(yùn)動(dòng)傳感器安置在被抬起一端。

（2）將小車無(wú)初速度放在被抬起一側(cè)，輕輕放手。

（3）當(dāng)小車即將撞上另一端時(shí)，手動(dòng)停下小車。

（4）改變傾角，記錄數(shù)據(jù)，選取出合適圖像數(shù)據(jù)段進(jìn)行分析。

2? 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

根據(jù)圖1可以看出：利用運(yùn)動(dòng)傳感器可以測(cè)出小車在光滑斜坡導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)的位置變化和速度變化，當(dāng)小車在斜坡頂端無(wú)初速度釋放時(shí)，初始的速度圖像波動(dòng)比較大，所以為了提高測(cè)量結(jié)果的精度，在圖中選擇適合的圖像數(shù)據(jù)段進(jìn)行分析顯得尤為重要。

由圖2原理簡(jiǎn)圖可得：小車在光滑斜坡上下滑后動(dòng)能增加，重力勢(shì)能減小，由△Ek=m（V12-V22計(jì)算動(dòng)能變化;由△Ep=mgH=mg（X1-X2）計(jì)算勢(shì)能變化。詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

3? 結(jié)果討論

調(diào)整斜面傾角變化，分別測(cè)量6組數(shù)據(jù)，計(jì)算其動(dòng)能變化和勢(shì)能變化，研究發(fā)現(xiàn)，小車在光滑斜坡上下滑后，動(dòng)能增加量近似等于重力勢(shì)能減小量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確度在5%以內(nèi)，較好地驗(yàn)證了能量守恒定律。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘學(xué)良.廣義能量守恒定律及其應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2016（8）：152.

[2] 劉心允，王珊.基于Pasco平臺(tái)的小車碰撞問(wèn)題研究[J].科技資訊，2013（29）：231，252.

[3] 劉茂軍，祝金雙.運(yùn)用PASCO傳感器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2018，28（5）：21-22.