1、驗證機械能守恒定律實驗的幾種常見設計陜西省寶雞市陳倉區教育局教研室邢彥君在不涉及彈性勢能時，機械能守恒的條件是，在物體系統的運動過程中只有重力做功。這時只是重力勢能與動能的相互轉化，系統增加（或減小）的重力勢能等于減少（或增加）的動能。要用實驗驗證這一關系，需測出運動過程中物體系統內各物體的高度變化，從而計算系統重力勢能的變化量，這可以用刻度尺測量。測需要測出系統中各物體的初、末速度，從而計算系統動能的變化量，這可以用打點計時器、光電門、速度傳感器等測量，也可以利用其它物理規律測量。完成此實驗，一是機械能守恒條件的創設，即讓無彈性形變的物體系統只受重力這一外力的作用，或雖有非重力作用，但它們不

2、做功；二是測算出運動過程中兩個狀態間系統減少的重力勢能與增加的動能；三是比較與在誤差范圍內是否相等。由于空氣阻力及摩擦力的不可避免，總有。一、利用打點計時器進行驗證1物體做自由落運動一般以重錘從自由落體運動開始時刻（紙帶上的第一個點）到此后的某一適當時刻（紙帶上最后一個點之前的某點）進行研究。實驗時，先接通打點計時器電源再釋放紙帶，在打出的紙帶中，選取第一、二點間距最接近2mm的紙帶進行測量。測出第0點到第n點的距離L，則重錘重力勢能的減少量為；打出這兩點的時間間隔為t=n/f（f是交流電的頻率），由勻變速直線運動平均速度的推論、平均速度的定義式及，可知打第n點時重錘的瞬時速度為，重錘動能的增

3、量為。由于要比較是否相等的與都是m的倍數，所以本實驗不需要測量重錘的質量。例1某同學用圖1（a）所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，當地重力加速度為g=9.80m/s2。實驗中該同學得到的一條點跡清晰的完整紙帶如圖1（b）所示。紙帶上的第一個點記為O，另選連續的三個點A、B、C進行測量，圖中給出了這三個點到O點的距離hA、hB和hC的值。回答下列問題（計算結果保留3位有效數字）（1）打點計時器打B點時，重物速度的大小vB= m/s；（2）通過分析該同學測量的實驗數據，他的實驗結果是否驗證了機械能守恒定律？簡要說明分析的依據。答案：3.90 m/s，能驗證。

4、解析：由勻變速直線運動一段時間里的平均速度等于這段時間的重點時刻的瞬時速度的推論可知：m/s=3.90 m/s。則從重錘開始下落道打出點B，重錘增加的動能，減少的重力勢能為。由于近似等于，因此該實驗驗證了機械能守恒定律。【點評】該實驗中，由于紙帶的阻力、空氣阻力的存在，重錘減少的重力勢能大于增加的動能。2兩物體系統在豎直方向的勻加速運動利用圖2所示實驗裝置，可驗證m1、m2（m1、=、；（3）=；（4）過原點的傾斜直線，機械能守恒。解析：由平拋運動公式可算知滑塊離開軌道時的速度為。滑塊從釋放到離開軌道，減少的重力勢能為：，增加的動能為：；由于摩擦及空氣阻力，小球在軌道上運動時，克服阻力做功，E

5、PEk；若機械能守恒，則有EP=Ek，即=。解得：=。由此可知 H-s2圖像為過原點的傾斜直線。【點評】注意將與實驗原理有關的非線性關系式改造成線性關系式。四、利用DIS系統驗證如圖7（a）所示，利用DIS系統可驗證擺球運動中的機械能守恒。實驗中DIS系統將顯示出擺球的重力勢能Ep、動能Ek、機械能E隨擺球離開平衡位置的高度h變化的圖象如圖6（b）中的丙、乙、甲所示，從圖象可知，在任何高度h時，擺球的機械能（動能與重力勢能的和）保持不變。2014-04-11人教網附錄資料：不需要的可以自行刪除火電廠工藝流程火力發電廠。以煤、石油或天然氣作為燃料的發電廠統稱為火電廠1、火電廠的分類（1）按燃料分

6、類：燃煤發電廠，即以煤作為燃料的發電廠；鄒縣、石橫青島等電廠燃油發電廠，即以石油（實際是提取汽油、煤油、柴油后的渣油）為燃料的發電廠；辛電電廠燃氣發電廠，即以天然氣、煤氣等可燃氣體為燃料的發電廠；余熱發電廠，即用工業企業的各種余熱進行發電的發電廠。此外還有利用垃圾及工業廢料作燃料的發電廠。（2）按原動機分類：凝汽式汽輪機發電廠、燃汽輪機發電廠、內燃機發電廠和蒸汽-燃汽輪機發電廠等。（3）按供出能源分類：凝汽式發電廠，即只向外供應電能的電廠；熱電廠，即同時向外供應電能和熱能的電廠。（ 4）按發電廠總裝機容量的多少分類：容量發電廠，其裝機總容量在100MW以下的發電廠；中容量發電廠，其裝機總容量在

7、100250MW范圍內的發電廠；大中容量發電廠，其裝機總容量在250600MW范圍內的發電廠；大容量發電廠，其裝機總容量在6001000MW范圍內的發電廠；特大容量發電廠，其裝機容量在1000MW及以上的發電廠。（5）按蒸汽壓力和溫度分類：中低壓發電廠，其蒸汽壓力在3.92MPa（40kgfcm2）、溫度為450的發電廠，單機功率小于25MW；地方熱電廠。高壓發電廠，其蒸汽壓力一般為9.9MPa（101kgfcm2）、溫度為540的發電廠，單機功率小于100MW；超高壓發電廠，其蒸汽壓力一般為13.83MPa（141kgfcm2）、溫度為540540的發電廠，單機功率小于200MW；亞臨界壓力

8、發電廠，其蒸汽壓力一般為16.77MPa（171 kgfcm2）、溫度為540540的發電廠，單機功率為30OMW直至1O00MW不等；超臨界壓力發電廠，其蒸汽壓力大于22.llMPa（225.6kgfcm2）、溫度為550550的發電廠，機組功率為600MW及以上，德國的施瓦茨電廠;超超臨界壓力發電廠, 其蒸汽壓力不低于31 MPa、溫度為593.水的臨界壓力：22.12兆帕；臨界溫度：374.15（6）按供電范圍分類：區域性發電廠，在電網內運行，承擔一定區域性供電的大中型發電廠；孤立發電廠，是不并入電網內，單獨運行的發電廠；自備發電廠，由大型企業自己建造，主要供本單位用電的發電廠（一般也與

9、電網相連）。2、火力發電廠工藝流程。燃煤，用輸煤皮帶從煤場運至煤斗中。大型 HYPERLINK /view/145622.htm t _blank 火電廠為提高燃煤效率都是燃燒煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至磨煤機內磨成煤粉。磨碎的煤粉由熱空氣攜帶經排粉風機送入鍋爐的爐膛內燃燒。煤粉燃燒后形成的熱煙氣沿鍋爐的水平煙道和尾部煙道流動，放出熱量，最后進入除塵器，將燃燒后的煤灰分離出來。潔凈的煙氣在引風機的作用下通過煙囪排入大氣。助燃用的空氣由送風機送入裝設在尾部煙道上的空氣預熱器內，利用熱煙氣加熱空氣。這樣，一方面使進入鍋爐的空氣溫度提高，易于煤粉的著火和燃燒外，另一方面也可以降低排煙溫度，提高熱

10、能的利用率。從空氣預熱器排出的熱空氣分為兩股：一股去磨煤機干燥和輸送煤粉，另一股直接送入爐膛助燃。燃煤燃盡的灰渣落入爐膛下面的渣斗內，與從除塵器分離出的細灰一起用水沖至灰漿泵房內，再由灰漿泵送至灰場。火力發電廠在除氧器水箱內的水經過給水泵升壓后通過高壓加熱器送入省煤器。在省煤器內，水受到熱煙氣的加熱，然后進入鍋爐頂部的汽包內。在鍋爐爐膛四周密布著水管，稱為水冷壁。水冷壁水管的上下兩端均通過聯箱與汽包連通，汽包內的水經由水冷壁不斷循環，吸收著煤受燃燒過程中放出的熱量。部分水在冷壁中被加熱沸騰后汽化成水蒸汽，這些飽和蒸汽由汽包上部流出進入過熱器中。飽和蒸汽在過熱器中繼續吸熱，成為過熱蒸汽。過熱蒸汽

11、有很高的壓力和溫度，因此有很大的熱勢能。具有熱勢能的過熱蒸汽經管道引入 HYPERLINK /view/33757.htm t _blank 汽輪機后，便將熱勢能轉變成動能。高速流動的蒸汽推動 HYPERLINK /view/3824255.htm t _blank 汽輪機轉子轉動，形成機械能。汽輪機的轉子與 HYPERLINK /view/54769.htm t _blank 發電機的轉子通過連軸器聯在一起。當汽輪機轉子轉動時便帶動 HYPERLINK /view/3824654.htm t _blank 發電機轉子轉動。在發電機轉子的另一端帶著一臺小直流發電機，叫勵磁機。勵磁機發出的直流電

12、送至發電機的轉子線圈中，使轉子成為電磁鐵，周圍產生磁場。當發電機轉子旋轉時，磁場也是旋轉的，發電機定子內的導線就會切割磁力線感應產生 HYPERLINK /view/10897.htm t _blank 電流。這樣，發電機便把汽輪機的機械能轉變為 HYPERLINK /view/48797.htm t _blank 電能。電能經變壓器將 HYPERLINK /view/10954.htm t _blank 電壓升壓后，由輸電線送至電用戶。釋放出熱勢能的蒸汽從汽輪機下部的排汽口排出，稱為乏汽。乏汽在 HYPERLINK /view/1090375.htm t _blank 凝汽器內被循環水泵送入

13、凝汽器的冷卻水冷卻，重新凝結成水，此水成為凝結水。凝結水由凝結水泵送入低壓加熱器并最終回到除氧器內，完成一個循環。在循環過程中難免有汽水的泄露，即汽水損失，因此要適量地向循環系統內補給一些水，以保證循環的正常進行。高、低壓加熱器是為提高循環的熱效率所采用的裝置，除氧器是為了除去水含的氧氣以減少對設備及管道的腐蝕。大致工藝流程如下圖：3、火力發電廠的三大系統。燃燒系統燃燒系統是由輸煤、磨煤、粗細分離、排粉、給粉、鍋爐、除塵、脫硫等組成。是由皮帶輸送機從煤場,通過電磁鐵、碎煤機然后送到煤倉間的煤斗內,再經過 HYPERLINK /view/974489.htm t _blank 給煤機進入磨煤機進

14、行磨粉，磨好的煤粉通過空氣預熱器來的熱風，將煤粉打至粗細分離器，粗細分離器將合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤機），經過排粉機送至粉倉，給粉機將煤粉打入噴燃器送到鍋爐進行燃燒。而煙氣經過 HYPERLINK /view/1337753.htm t _blank 電除塵脫出粉塵再將煙氣送至 HYPERLINK /view/566699.htm t _blank 脫硫裝置，通過石漿噴淋脫出硫的氣體經過吸風機送到煙筒排入天空。燃燒系統還可細分為：風煙系統、制粉系統、灰渣系統。我公司運行參數主要顯示在制粉系統中。汽水系統火力發電廠的汽水系統是由鍋爐、汽輪機、凝汽器、高低壓加熱器、凝結水泵和給水泵等組成，

15、他包括汽水循環、化學水處理和冷卻系統等。水在鍋爐中被加熱成蒸汽，經過熱器進一步加熱后變成過熱的蒸汽，再通過主蒸汽管道進入汽輪機。由于蒸汽不斷膨脹，高速流動的蒸汽推動汽輪機的葉片轉動從而帶動發電機。為了進一步提高其熱效率，一般都從汽輪機的某些中間級后抽出作過功的部分蒸汽，用以加熱給水。在現代大型汽輪機組中都采用這種給水回熱循環。發電系統發電系統是由副勵磁機、勵磁盤、主勵磁機（備用勵磁機）、發電機、變壓器、高壓斷路器、升壓站、配電裝置等組成。發電是由副勵磁機（永磁機）發出高頻電流，副勵磁機發出的電流經過勵磁盤整流，再送到主勵磁機，主勵磁機發出電后經過調壓器以及滅磁 HYPERLINK /view/126104.htm t _blank 開關經過碳刷送到發電機轉子，當發電機轉子通過旋轉其定子線圈便感應出電流，強大的電流通過發電機出線分兩路，一路送至廠用電變壓器