物理学:能量守恒实验室的答案

问题:

如何设计一个实验来测量物体从斜坡上滚下时，重力势能的变化和动能的变化?

预测:

车身利用化学能量将汽车抬高10厘米至坡道顶部。当能量不被利用时，它就会以脂肪的形式储存在肝脏中。当它不被人类用于抬车时，它可以用于其他事情，如呼吸和消化。当手推车被抬起来的时候，其他无用的能量，比如体温，也会产生。

当物体滚下斜坡时，重力势能由于手推车的运动而转化为动能。由于能量不能被破坏，在斜坡底部，当汽车停止时，能量已经转移到物体滚动的表面。

设备:

• iBook电脑
• 运动传感器和USB连接器
• 车
• 平衡
• 斜坡

过程:

请参阅约克米尔斯大学黄色物理课本第47和48页。

分析和总结:

车的质量= 275克

Sin x = 100/10

Sin x = 1

倾斜角= 5.74度

速度-时间图

动能(1/2*275*v^2)时间图

势能(275*9.8*(d*.1))时间图

当我们比较势能-时间图和动能-时间图时，我们注意到，势能减小，而动能增加。当汽车沿着坡道下坡时，它会失去高度，从而失去重力势能，并在以更快的速度移动时获得动能。

机械能((1/2*275*v^2)+(275*9.8*d*.1)时间图

机械能-时间图显示了一条几乎是直线，这证明了重力是保守的。一些能量在接近终点时丢失了，而这些能量可能由于摩擦力而离开了实验。在这个实验中没有考虑到摩擦，很容易导致能量的损失。

结论:

实验完成后，机械能-时曲线图呈一条相当直线。画出这条线是因为重力，一个保守的力，被用来移动小车。因为这个力是保守的，所以整个实验过程中的机械能保持不变，没有能量的损失或增加。

重力势能被转化为动能，因为物体不是静止的，而是沿斜坡向下运动，如动能-时间图和势能-时间图所示。因为能量在整个过程中保持不变，所以重力是保守力。