验证机械能守恒定律.doc

验证机械能守恒定律实验目的 学会用打点计时器验证机械能守恒定律的实验方法和技能。实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、低压电源、重物（附纸带夹子）、刻度尺、铁架台（附夹子）、导线。 实验原理 只有重力做功的自由落体运动遵守机械能守恒定律，即重力势能的减少量等于动能的增加量。利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度，计算出瞬时速度，即可验证物体重力势能的减少量与物体动能的增加量相等。 实验步骤 1.将打点计时器固定在支架上，并用导线将打点计时器接在交流电源上。 2.将纸带穿过打点计时器，纸带下端用夹子与重物相连，手提纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。 3.接通电源，松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打下一系列小点；重复实验几次，从几条打上点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm，且点迹清晰的纸带进行测量。 4.记下第一个点的位置O，在纸带上选取方便的个连续点1,2,3,4,5，用刻度尺测出对应的下落高度h1,h2,.；用公式计算各点对应的瞬时速度；计算各点对应的势能减少量和动能增加量，进行比较。注意事项 .安装打点计时器时，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦阻力。 .实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常后才能松开纸带让重锤下落。 .纸带上端最好不要悬空提着，而要用手按在墙上，这样可保证下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点。 .测量下落高度时，都必须从起点算起，不能搞错。为了减小测量值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，约40cm即可；实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，所以动能的增加量必定稍小于势能的减少量。 .因不需要知道动能的具体数值，所以不需要测出重物的质量m。实验结论在误差允许的范围内，自由落体过程机械能守恒。实验考点本实验为力学中的重点实验之一。它可以综合考查纸带的处理问题、机械能的知识，还可以用此实验装置测重力加速度。经典考题1、某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤： A. 用天平称出重物的质量； B. 把纸带固定到重物上，并把纸带穿过打点计时器，提升到一定高度； C. 拆掉导线，整理仪器； D. 断开电源，调整纸带，重做两次； E. 用秒表测出重物下落的时间； F. 用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离，记录数据，并计算出结果，得出结论； G. 把打点计时器接到低压交流电源上； H. 接通电源，释放纸带； I. 把打点计时器接到低压直流电源上； J. 把打点计时器固定到桌边的铁架台上。 上述实验步骤中错误的是_，可有可无的是_，其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是_。（均只需填步骤的代号） 2、在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz。查得当地重力加速度g=9.80m/s2,测得所用的重物的质量为1.00kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于_J，动能的增加量等于_J（取3位有效数字）。3、在验证机械能守恒定律时，如果以 为纵轴，以h为横轴，（h为从第一点到选定点的距离）根据实验数据绘出的 图象应是什么形状才能验证机械能守恒定律，图线的斜率表示什么？答案1.解析：上述实验步骤中错误的是E和I，因为实验中不需要测定时间，打点计时器应使用低压交流电源。可有可无的实验步骤是A。 其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是：J、G、B、H、D、C、F。 点悟：对于物理实验，掌握实验原理和操作方法是最基本的要求。只有掌握了实验原理，才能判断出实验步骤中哪些是错误的，哪些是必要的；只有亲自动手进行认真的操作，才能正确地对实验步骤按序排列。 2.解答： 取C点所在位置为零势能面，则物体重力势能减少量EP为 EP = =19.800.7766=7.62J 物体在 段动能的增加量Ek为 Ek = 其中 说明：由于有空气阻力的作用，动能的增加量要略小于重力势能的减少量3.解析：由 ，可得: ，即 是h的正比例函数。所以根据实验数据绘出的 图象应是通过原点的一条倾斜直线。由 可知， 图线的斜率表示重力加速度g。 点悟：本题给出了验证机械能守恒定律时，进行数据处理的图象方法。另外，利用本实验中得出的 图线的斜率还可以测定重力加速度g。机械能守恒定律 关于质点的机械能守恒定律可表述为：如果只有保守力（重力和弹力）对质点做功，则质点的动能和势能的总和保持不变。这一定律可简单地推证如下： 设在保守力场中运动的某一质点，在位置1时的动能和势能分别为T1和V1，在位置2时的动能和势能分别为T2和V2，质点由位置1移到位置2的过程中，场力所做的功为W。根据质点的动能定理，有：T2-T1=W12， 根据势能的性质，有：W12=V1-V2， 由此可得： T2-T1=V1-V2 即 ： T2+V2=T1+V1=常量。 质点系的机械能守恒定律可表述为：如果质点系所受的外力和内力中，只有保守力（重力和弹力）做功，非保守力都不做功，则质点系的动能和势能（包括外势能和内势能）的总和保持不变。 如果把保守力看成系统的内力，势能是系统内部的能量，机械能守恒定律可表述为：如果质点系内只有保守力（重力和弹力）做功，保守内力和一切外力都不做功。系统内动能和势能的总和保持不变。 机械能守恒定律，或者更普遍的