第4章 第5节　验证机械能守恒定律

1、.第五节验证机械能守恒定律一、实验目的1会用打点计时器打下的纸带计算物体的运动速度和位移2探究自由落体运动物体的机械能守恒二、实验原理让物体自由下落，在忽略阻力情况下，探究物体的机械能守恒，有两种方案探究物体的机械能守恒：1以物体下落的起始点O为基准，测出物体下落高度h时的速度大小v，假设mv2mgh成立，那么可验证物体的机械能守恒2测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，假设关系式mvmvmgh成立，那么物体的机械能守恒三、实验器材铁架台带铁夹、电磁打点计时器、低压交流电源46 V、重物、毫米刻度尺、纸带带夹子、复写纸片、导线一、实验步骤1安装置：按图4­5­

2、1将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路图4­5­12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：选取点迹较为明晰且有两点间的间隔 约为2 mm的纸带，把纸带上打出的两点间的间隔 为2 mm的第一个点作为起始点，记作O，在间隔 O点较远处再依次选出计数点1、2、34测间隔 ：用刻度尺测出O点到1、2、3的间隔 ，即为对应下落的高度h1、h2、h3二、数据处理1计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O，在纸带

3、上从离O点适当间隔 开场选取几个计数点1、2、3n并测量出各计数点到O点的间隔 h1、h2、h3hn再根据公式vn，计算出1、2、3、4、n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4vn. 2机械能守恒验证方法一：利用起始点和第n点从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为mv，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得到验证方法二：任取两点A、B.从A点到B点，重力势能减少量为mghAmghB，动能增加量为mvmv，计算ghAB和vv，假如在实验误差允许的范围内ghABvv，那么机械能守恒定律得到验证方法三：图像法计算各计数点v2，以v2为纵轴，以各

4、计数点到第一个点的间隔 h为横轴，根据实验数据绘出v2­h图线假设在误差答应的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线，那么验证了机械能守恒定律图4­5­2三、误差分析1在进展长度测量时，测量及读数不准造成误差2重物下落要抑制阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象3由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差四、本卷须知1应尽可能控制实验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

5、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，使空气阻力减小2纸带选取：1以第一个点为起点时，要验证的是mvmghn，必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距为hgt2×10×0.022m2 mm.2以下落中某点为起点时，要验证的是mvmvmghmn，这时选择纸带不需要满足两点间距为2 mm.3计算速度时不能用vgt或v，否那么就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误.实验探究1实验原理和操作步骤在“验证机械能守恒定律的实验中，下面列出一些实验步骤：A用天平称出重物和夹子的重量B把重物系在夹子上C将纸带穿过计时器，

6、上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器静止D把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6 V电源不接通E把打点计时器固定在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上F在纸带上选取几个点，进展测量和记录数据G用秒表测出重物下落时间H接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带I切断电源J更换纸带，重新进展两次K在三条纸带中选出较好的一条L进展计算，得出结论，完成报告M拆下导线，整理器材以上步骤中，不必要的有_，正确步骤的合理顺序是_填写字母【解析】只为了验证机械能守恒，没必要称量重物的质量打点计时器本身就是计时仪器，不再需要秒表【答案】AGEDBCHIJMK

7、FL实验探究2数据处理与误差分析某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分剩下的一段纸带上各相邻点间的间隔 已测出标在图4­5­3中，单位是cm.打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.图4­5­31重物在2点的速度v2_，在5点的速度v5_，此过程中动能增加量Ek_，重力势能减少量Ep_.由以上可得出实验结论_.2重物获得的动能往往_A.大于B小于C等于减少的重力势能，实验中产生系统误差的原因是_3根据实验判断以下图像正确的选项是其中Ek表示重物动能的变化量，h表示物体下落的高度【解析】1根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点的速度v2m/s1.50 m/s，重物在5点的速度v5m/s2.075 m/s，所以动能增加量为Ekmvmv1.03m J，重物从2点到5点，重力势能减少量为Epmgh25m×9.8×3.23.64.0×102 J1.06m J，由以上可得出实验结论为：在误差允许的范围内，机械能守恒2由于纸带受到摩擦力作用，需抑制摩擦力做功，所以获得的功能小于减少的重力势能3重