一个质量为 1 kg 的物体从 5 米高处落下,得到以下数据
离地高度 | 速度 |
$5\ m$ | $0\ m/s$ |
$3.2\ m$ | $6\ m/s$ |
$0\ m$ | $10\ m/s$ |
通过计算说明以上数据是否验证了能量守恒定律(忽略空气阻力)。$(g=10\ m/s^2)$."
物体的给定数据可以如下图所示:
如题,物体质量 $m=1\ kg$
重力加速度 $g=10\ m/s^2$
在 A 点 $(高度=5\ m)$
速度 $v=0$ [如数据表所示]
高度 $h=5\ m$
因此,动能 $K_A=\frac{1}{2}mv^2$
$=\frac{1}{2}\times1\ kg\times 0$
$=0$
其势能 $P_A=mgh$
$=1\ kg\times 10\ m/s^2\times 5\ m$
$=50\ J$
总能量 $E=K_A+P_A$
$=0+50\ J$
$=50\ J$
在 B 点 $(高度=3.2\ m)$:
速度 $v=6\ m/s$
高度 $h=3.2\ m$
因此,动能 $K_B=\frac{1}{2}mv^2$
$=\frac{1}{2}\times1\ kg\times(6\ m/s)^2$
$=18\ J$
其在 B 点的势能,$P_B=mgh$
$=1\ kg\times10\ m/s^2\times3.2\ m$
$=32\ J$
B 点的总能量,$E_B=K_B+P_B$
$=18\ J+32\ J$
$=50\ J$
在 C 点 $(地面,h=0)$
速度 $v_C=10\ m/s$
高度 $h=0$
因此,动能 $K_C=\frac{1}{2}mv^2$
$=\frac{1}{2}\times 1\ kg\times 10^2$
$=50\ J$
势能 $P_C=mgh$
$=1\ kg\times10\ m/s^2\times 0$
$=0$
因此,地面(C 点)的总能量,$E_C=K_C+P_C$
$=50\ J+0$
$=50\ J$
很明显,总能量在每个点都保持不变,这证明了能量守恒定律。
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