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第五章机械能及其守恒定律 实验 验证机械能守恒定律 实验原理 在自由落体运动中 物体的机械能守恒 若物体下落高度h时的速度为v 则 实验目的 验证机械能守恒 实质验证 实验器材 实验器材 打点计时器 纸带 复写纸 重物 刻度尺 铁架台 带铁夹 学生电源等 夹子 打点计时器 纸带 重物 铁架台 问题1 本实验要不要测量物体的质量 无需测量物体的质量 问题2 纸带上打出的第一个点为计时起点0 起始点的速度应该为零 即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚开始下落 起始点 对于实际获得的纸带 如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的点 纸带上的头两个点间的距离应接近2mm 实际小于2mm 为便于计算下落过程最好取哪个点做为初位置 问题3 1 如何测量物体的瞬时速度 做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度 等于相邻两点间的平均速度 这种方法认为加速度为g 由于各种摩擦阻力不可避免 所以实际加速度必将小于g 故这种方法也不能用 4 选择合适的纸带 第一点与第二点间距接近2mm且点迹清楚的纸带 测量各点到第一个起点的距离及相应的各点的速度 5 算出各点到起点的动能的增加量1 2mv2及该过程中重力做的功mgh6 验证mgh是否等于1 2mv2 若守恒则1 2V2 h图像是一条过原点的直线 3 更换纸带 重复几次 1 将打点计时器固定在铁架台上 把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 实验步骤 2 用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近 然后先接通电源 再松开纸带 让重物自由下落 图象法处理数据 该图象的斜率表示什么 动能的增加量略小于势能的减少量 为什么呢 空气阻力 纸带与打点计时器间的摩擦 读数等带来的误差 结论 在误差允许的范围内 动能的增加量等于势能的减少量 即机械能守恒 实验结论 注意事项 4 实验用的纸带一般小于1m 从起始点开始大约能打出20个点左右 末位置的点可选择倒数第一个点或倒数第二个点 从这一个点向前数4 6个点当初位置的点 可以减小这两个点的瞬时速度以及两点之间距离 高度h 测量的误差 1 安装打点计时器时 必须使两纸带与限位孔在同一竖直线上 以减小摩擦阻力 2 不需测重物的质量 但重物应选用质量和密度较大的重物 增大重力可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 3 选用纸带时应尽量挑选第一 二点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带 5 应先接通电源再释放纸带 例题 验证 机械能守恒定律 的实验采用重物自由下落的方法 1 用公式时对纸带上起点的要求是 为此目的 所选择的纸带第一 二两点间距应接近 2 若实验中所用重锤质量m 1kg 打点纸带如下图所示 打点时间间隔为0 02s 则记录B点时 重锤的速度vB 重锤动能EkB 从开始下落起至B点 重锤的重力势能减少量是 因此可得出的结论是 初速度等于零 2mm 0 590m s 0 174J 0 176J 在误差允许的范围内 机械能守恒 3 根据纸带算出相关各点的速度v 量出下落距离h 则以v2 2为纵轴 以h为