牛顿力学
机械能守恒定律
追踪小球势能 与动能 之间的转化；验证无摩擦时机械能 守恒，有摩擦时机械能减少。
器材
- 3D 画布上沿无摩擦曲线滑动的虚拟小球
- “初始高度 h”“质量 m”“摩擦”滑块
- “暂停”/“继续”“重新释放”按钮控制运动
- 能量柱 U、K、E 及读数“U = … J · K = … J · Eₘ = … J · v = … m/s”
实验步骤
观察势能与动能的转化
将“摩擦”设为0，“初始高度 h”为8 m，“质量 m”为3 kg。当球在最低点时读数： 接近0， 最大；U 与 K 两柱此消彼长，黄色 Eₘ 柱保持不变。在任意位置按“暂停”，验证 ，即 。
测量最低点处的速率
按“重新释放”，读取小球经过最低点时的“v = … m/s”。与预测 比较（h₀ = 8 m、g = 9.8 m/s² 时 m/s）。把“质量 m”从3改为8 kg 再测：由于 U 和 K 都与 m 成正比，m 消去，最低点速率不变。
开启摩擦并追踪热量
把“摩擦”拖到约0.30并观察：Eₘ 柱逐渐缩短，读数增加“转化为热 ≈ … J”，小球每次到达的峰高递减。记录几个周期内的 Eₘ 与热量；可见 不变——机械能并未消失，而是转化为内能。
模拟
实验历史
17世纪初，伽利略·伽利雷让球在斜槽中滚动，发现物体下降后在对面斜坡上几乎回到原来高度——这种“高度换取速度”的想法孕育了机械能守恒。1686年，戈特弗里德·威廉·莱布尼茨把量 命名为 vis viva（“活力”），主张它在弹性碰撞中守恒，与坚持 守恒的笛卡尔学派论战。
19世纪补全了这幅图景：托马斯·杨于1807年把“能量”一词引入科学；加斯帕尔-居斯塔夫·科里奥利在19世纪20年代规范了功与动能 ；詹姆斯·普雷斯科特·焦耳约在1840–1849年测得“热功当量”——证明被摩擦“损耗”的机械能并未消失而是转化为热，正如拉动摩擦滑块时模拟所示。赫尔曼·冯·亥姆霍兹于1847年将其综合为普遍的能量守恒原理。