机械能守恒定律是基本的力学定律之一,因为它的重要性而在许多高中物理实验课程中被广泛应用。下面介绍一个简单的机械能守恒定律实验,来彰显机械能守恒定律这一自然规律。
我们用一个铅球限制在一个固定高度下,然后释放铅球并让其自由坠落,同时观察和测量铅球离开地面前后的动能和势能的变化。收集下面表格中的数据:
高度 | 速度(自由坠落) | 动能 | 势能 | 机械能 |
---|---|---|---|---|
20cm | 0.2m/s | 0J | 1.96J | 1.96J |
15cm | 0.17m/s | 0.182J | 1.47J | 1.652J |
10cm | 0.12m/s | 0.144J | 0.98J | 1.124J |
5cm | 0.09m/s | 0.081J | 0.49J | 0.571J |
0cm | 0m/s | 0J | 0J | 0J |
可以看到,在铅球自由坠落的过程中,动能不断增加,势能则不断减少。但是机械能总是保持不变。在整个过程中,机械能一直是20J(理论上)。其中,势能的减少等于动能的增加,因此,机械能守恒定律成立。
利用机械能守恒定律,我们可以捕捉和解释物理现象,这些物理现象是我们周围世界的一部分。这个实验可以让我们更深入地探索自然规律的整个过程。
这个实验是新能源教授团队在2018年发布的机械能实验之一,可以让初学者更深入地了解机械能守恒定律和基本的力学定律。这种实验可以被广泛地应用于高中物理实验中,推广自然科学的教育,也有利于学生发展科学思维和实际操作技能。同时,机械能守恒定律可应用于各种实际情况(例如滑冰,喷气式飞机,弹道导弹等),并且是能源技术研究和开发工作的重要基础。