用DIS验证动能定理的实验报告

【实验器材】

计算机、Vernier数据采集器、轨道、光电门×2、小车、回形针若干、轻质细线、挡光片、电子天平。

【实验原理】

通过实验，探究功与物体动能变化的关系。并改变力的大小来改变力对物体做的功，测出不同力对物体做功后，物体的速度大小。为了简化实验，实验中采集的两个时间的速度为物体运动在中间状态时的速度大小。

实验中，不采用力传感器来测量作用在物体上的力的大小，而是把回形针挂在垂下的细线上，通过物体（回形针）的重力，给小车力的作用。

【操作过程】

1、将两个光电门分别竖直安装在轨道上，打开计算机并连接数据采集器。

2、测量小车的质量M、两个光电门的刻度数s、s以及当光片的宽度d，将数据记录在计算机中。

3、先取几个回形针，并互相串起来用细线扎住，细线另一端系于小车上。

4、称量出使用的回形针的质量m，记录在表格中。

5、释放小车，并记录数据。

6、重复操作实验步骤5，并记录下20组实验数据。

7、改变回形针的个数，重新称量回形针的质量m，记录在表格中。

8、重复实验步骤5、6。

9、实验完成后，将数据保存为Excel格式，并整理实验室仪器及桌面。

【实验数据】

实验中，小车的质量为M=0.1765g，两个光电门的间距不变，均为s=0.525m。小车上安装的挡光片的宽度为d=0.525m。在小车质量一定、光电门间距一定的情况下，分别进行了两组实验。实验（a）中回形针的质量m=0.0042g，实验（b）中的回形针质量为m=0.0071g。实验中，忽略了轨道对小车摩擦力的影响，通过改变小车受到的拉力大小来分析做功对动能的影响。

表1  实验（a）测得的速度大小及计算的动能变化量

将测得的数据在Excel中处理数据，得到上述表格。

表1、表2为实验（a）测得并计算出的数据，经过计算不难发现，△Ek-W在10-3级数范围内，可以说明外力做功约等于动能的变化量。

表3、表4为实验（b）测得并计算出的数据，经过计算不难发现，同样可以说△Ek-W在10-3级数范围内，也能说明外力做功约等于动能的变化量。

且当改变作用在小车上的力，可以得到同样的结论。

但同时发现，实验中△Ek与W的差值并不等于零，则说明实验中有误差产生。由于部分能量的损耗，使得动能的变化量不等于力F所做的功的大小。

【误差分析】

1、读取两个光电门的刻度时产生误差

在读取刻度时，视线应与导轨面上的刻度尺直视，且选择光电门的中心做垂线，记录刻度值。由S1和S2的值得到两个光电门之间的距离S。

2、导轨不够光滑

实验中我们使用的导轨不是气垫导轨，所以不能忽略小车与导轨间的摩擦力。而在数据采集与处理过程中，我忽略了摩擦力做功的一部分能量损失，故导致实验结果产生误差。

根据功能原理，我们知道合外力所做的功等于动能的该变量。则W外=△Ek。而通过实验的数据处理，我们发现几乎所有数据都是△Ek-W<0。

∵W外 = WF +Wf = △Ek

而由于实验中忽略了摩擦力做的功，

∴ WF >△Ek

即△Ek -WF <0