竖直上抛运动中的能量变化.docVIP

课题 10：竖直上抛运动中的能量变化 课题概论 竖直上抛运动是一种常见的物理现象，大家都可以观察到，当一个物体被竖直向上抛出之后，物体会 运动得越来越慢，直到它到达最高点，然后在返回的途中却运动得越来越快。那么在此过程中，物体的各 种能量发生了什么变化？在物体被抛出的时刻，它具有较大的动能 Ek，当它上升时速度减小，动能减少而 重力势能 EP 增大；当它下落时重力势能又转变为动能，如果没有摩擦阻力做功，物体的机械能 E 将保持不 变，本课题将研究的就是作竖直上抛运动的球的机械能是否保持不变，即机械能守恒。 实验器材 TI-83 plus CBL VernierMotion 运动探测器 TI-83plus 内置 PHISICS 应用程序 篮球、排球或其它类似的重球（阻力可忽略不计） 实验方案 Vernier 运动探测器平放于地面上，实验者必须 保证篮球在探测器的正上方大约0.5 米处开始竖直上 抛，最高点大致在运动探测器正上方1.5 米处，当篮球 下落至抛出点之前用双手接住篮球， 从 TI-83 plus 绘出 的位移—时间图像和速度—时间图中确定至少五组数 据，得到时刻、高度和速度值，再测篮球的质量，从而求得对应时刻的  Ek、Ep（ Ep 以地面为零势能面）和  E， 就可以研究机械能 E 是否守恒了。 实验过程及操作步骤： （一）、数据采集 1、运行 TI-83+ 内置程序 PHYSICS 按 APPS 选择 PHYSICS 按 ENTER进入下一步 2、设置探头 ⑴选 1：SET UP PROBES ENTER进入下一步 ⑵按 ENTER进入“选择探头个数” 菜单，选 1： ONE ENTER进入下一步 ⑶选 1：MOTION ENTER进入下一步 3、采集数据 ⑴选 2：COLLECT DATA ENTER进入下一步 ⑵选 2：TIME GRAPH（时间图像） ENTER进入下一步 ⑶输入采集数据的时间间隔： 0.08 （单位：秒） ENTER进入下一步 ⑷输入采集数据的总数目： 30 ENTER进入下一步 ⑸按 ENTER进入下一步 ⑹若要改变以上设置选 2： MODIFY，否则选 1： USETIME SETUP，准备开始采集数据。按 ENTER 进入下一步 ⑺ 此 时 ， 让 另 一 位 实 验 者 将 球 放 在 VerinerMotion 探头的上方 0.5 处，并准备竖 直向上抛出。在按 ENTER后，即刻抛出，抛出 的球不能旋转，上抛高度大于 1.5 米为好。 ⑻采集数据完成，计算器显示数据存放在数组 的位置。 L4、L5、L6 分别存放位移、速度、加 速度值， L1 存放对应的时刻。 ENTER进入下一步 ⑼选择 1：DISTANCE观察采集到的数据是否符 合要求。 ENTER进入下一步 ⑽右图为一典型的位移时间图像。如果未能采 集到理想的数据，则重新采集（重做⑴—⑼） ENTER进入下一步 （二）、数据分析 1、回到主菜单 选择 3：ANALTZE对采集到的数据进行初步的处 理。 ENTER进入下一步 2、选择数据范围 ⑴选择 4： SELECT REGION ENTER进入下一步 ⑵按方向键 选择左边界 ENTER进入下一步 ENTER进入下一步 ⑶按方向健 选择右边界 （图中黑点处），选 择的范围至少包含 5 个以上的数据点，且能反 映向上和向下两个运动状况。按 ENTER进入下 一步 ⑷观察位移时间图像 选择 1：DISTANCE， ENTER进入下一步 ENTER继续，时间和位移数据将自动保存在数组 L1 和 L4 中 ENTER进入下一步 ⑸观察速度时间图像 选择 2：VELOCITY ， ENTER进入下一步 ENTER继续，时间和速度数据将自动保存在数组 L1 和 L5 中 ENTER进入下一步 ⑹观察加速度时间图像 选择 3： ACCELERATION，时间和加速度数据将 自动保存在数组 L1 和 L6 中 ENTER进入下一步 ENTER进入下一步 3、计算动能、重力势能和机械能 ⑴选择 4：NEXT，回到主菜单，选择 7：QUIT， 回到主屏幕， ⑵计算动能并存入数组 L3 输入计算式： 0 . 5 × 2nd [L5] → 2nd [L3] ENTER进入下一步 ⑶计算重力势能并存入数组 L2 输入计算式： 2nd [L4] × 9 . 8 → 2nd [L2] ENTER进入下一步 ⑷计算机械能并存如数组 LE 输入计算式： 2nd [L2] + 2nd [L3] [LIST] OPS ALPHA [B] ALPHA [E]  → 2nd （注：数 组名  LE 的输入需按以上操作方可） 按 ENTER进入下一步 4、绘制竖直上抛运动的球的动能、