第2章 实验：验证机械能守恒定律

1、.实验：验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律二、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假设物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，那么重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，假设相等那么验证了机械能守恒定律2速度的测量：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，即vt2t.计算打第n个点瞬时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的间隔 xn和xn1，由公式vn或vn算出，如图1所示图1三、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

2、，毫米刻度尺，重物带纸带夹一、实验步骤图21安装置：按图2将检查、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35次实验3选纸带分两种情况应选点迹明晰，且1、2两点间间隔 小于或接近2 mm的纸带假设1、2两点间的间隔 大于2 mm，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，这样的纸带不能选用mvmvmgh验证时，由于重力势能的相对性，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

3、、2两点间的间隔 是否为2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹明晰就可选用二、数据处理1数据处理在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3利用公式vn计算出点1、点2、点3的瞬时速度v1、v2、v32验证方法一：利用起始点和第n点计算计算ghn和v，假如在实验误差允许的范围内ghnv，那么机械能守恒定律是正确的方法二：任取两点计算任取两点A、B测出hAB，算出ghAB.算出vv的值假设在实验误差允许的范围内ghABvv，那么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

4、为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2-h图线假设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，那么验证了机械能守恒三、误差分析误差产生原因减小方法偶尔误差测量长度带来的误差1测量间隔 时应从计数0点量起，且选取的计数点离0点远些2屡次测量取平均值系统误差重物和纸带下落过程中存在阻力1打点计时器安装稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力2选用质量大、体积小的物体作重物，以减小空气阻力的影响四、本卷须知1安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直线上以减小摩擦阻力2重物应选用质量和密度较大、体积较小的物体以减小空气阻力的影响3应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开

5、纸带让重物下落4纸带长度选用60 cm左右为宜，应选用点迹明晰的纸带进展测量5速度不能用vngtn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vngtn计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，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，也只能用毫米刻度尺直接测量，而不能用hn或hngt2计算得到6本实验不必称出重物质量.实验探究1纸带的分析和计算在“验证机械能守恒定律的实验中，质量m1 kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图3所示相邻两计数点时间间隔为0.02 s，单位cm

6、，那么图31纸带的_端与重物相连；2打点计时器打下计数点B时，重物的速度vB_；3从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能减少量是Ep_J，此过程中重物动能的增加量Ek_Jg取9.8 m/s2；4通过计算，数值上Ep_Ek选填“>、“或“<，这是因为_【解析】1重物下落的过程中，重物的速度越来越大，打的点间距应当越来越大，故O端与重物相连2B点瞬时速度等于AC段的平均速度vB m/s0.98 m/s.3重力势能减少量Epmgh1×9.8×0.050 1 J0.491 J动能的增加量Ekmv2×1×0.982 J0.480 J.4计算得出Ep

7、>Ek.这是因为重物在下落过程中还须抑制摩擦阻力做功【答案】1O20.98 m/s30.4910.4804>重物在下落过程中还须抑制摩擦阻力做功实验探究2实验原理和误差分析如图4所示是用重锤做自由落体运动来“验证机械能守恒定律的实验装置图41为了减小实验误差，以下措施可行的是_A重锤选用体积较大且质量较小的B重锤选用体积较小且质量较大的C打点计时器应固定在竖直平面内D应先放手让重锤拖着纸带运动，再通电让打点计时器工作2某同学选取了一条纸带进展测量研究，他舍去了这条纸带上前面比较密集的点，对后面间距较大的且相邻的六个点进展了如图5所示的测量当地的重力加速度为g，使用的交变电流周期为T，那么验证机械能守恒的表达式为_用x1、x2、x3、T、g表示图53某同学计算实验结果时发现重锤重力势能的减少量Ep略大于动能的增加量Ek，本实验中引起误差的主要原因是_.【解析】1为了减小误差，应该尽量减小阻力，故应该选体积较小的质量较大的重锤，选项B正确，选项A错误；使打点计时器竖直放置，能减小纸带与打点计时器间的摩擦阻力，选项C正确；为减小偶尔误差，应先接通电源再释放纸带，选项D错误2打下第2个点时的速度为v2，此时重锤的动能为m2；打下第5个点时的速度为v5，此时重锤的动能为m2，这个过程中重力做的功为mgx2，假设只