验证机械能守恒定律.docx

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1、验证机械能守恒定律实验目的　利用自由落体运动验证只有重力作用下的物体机械能守恒．实验原理1．在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变．若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为1/2mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律．2．计算第n个点速度的方法：测出第n个点相邻前后两段相同时间间隔T内的位移和，由公式实验器材　铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹)．实验步骤1．安装置：按图将检查

2、、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路．2．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方．先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落．更换纸带重复做3次～5次实验．3．选纸带：分两种情况说明(1)用mvn2/2＝mghn验证时，应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带．若1、2两点间的距离大于2mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的．这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选．(2)用mvB2/2－mvA/2＝mgΔh验证时，由于重力势能的

3、相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用．数据处理1．求瞬时速度在第一个打点上标出O，并从稍靠后的某一点开始，依次标出1、2、3、4、…并量出各点到位置O的距离h1、h2、h3、h4、….用公式计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3、v4….2．验证守恒方法一：利用起始点和第n点计算．代入ghn和vn2/2，如果在实验误差允许的范围内，ghn＝vn2/2，则说明机械能守恒定律是正确的．方法二：任取两点计算(1)任取两点A、B测出hAB，算出ghAB.(2

4、)算出vB2/2－vA2/2的值．(3)如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝vB2/2－vA2/2，则说明机械能守恒定律是正确的．方法三：图象法．从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2－h图线．若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒．误差分析1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差．改进的办法是调

5、整器材的安装，尽可能地减小阻力．2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．减小误差的办法是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值．注意事项1．应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力．(2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小．2．实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直．接通电源后，打点计时器工作稳定后再松开

6、纸带．3．验证机械能守恒时，可以不测出物体质量，只要比较和ghn是否相等即可验证机械能是否守恒．4．测量下落高度时，为了减小测量值h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60cm～80cm之间．5．速度不能用vn＝gtn或计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用vn＝gtn计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的错误结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算．同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用或计

7、算得到．例题★在用图所示的实验装置来验证机械能守恒定律时，某同学的以下看法中正确的是(　　)A．必须用秒表测出重物下落的时间B．实验操作时，注意手提着纸带使重物靠近计时器，先接通计时器电源，然后松开纸带C．如果打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，就会造成重力势能的变化小于动能的变化D．验证时，可以不测量重物的质量或重力BD★某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是(　　)A．把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源B．将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度C．先释放纸带

8、，再接通电源D．更换纸带，重复实验，根据记录处理数据C★在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要用工具测量的有(