机械能守恒实验

1、【实验目的实验目的】 利用自由落体运动验证只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有重力作用下的物体机械能守恒图图561【实验器材实验器材】 铁架台铁架台(含铁夹含铁夹)、打点计时器、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物米刻度尺、重物(带纸带夹带纸带夹)图图562【实验步骤实验步骤】1 1安装置：按图安装置：按图5 56 62 2将将检查、调整好的打点计时器竖直检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路固定在铁架台上，接好电路2.2.打纸带：将纸带的一端用打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过夹子固定在重物

2、上，另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸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，后松开纸的地方先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落带，让重物带着纸带自由下落更换纸带重复做更换纸带重复做3 3次次5 5次实次实验验一、数据处理一、数据处理1求瞬时速度求瞬时速度2验证守恒验证守恒方法二：任取两点计算方法二：任取两点计算二、误差分析二、误差分析1本实验中因重物和纸带在下落本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力过程中要克服各种阻力(空气阻力、打空气阻力、打点计时器阻力点计时器阻力)做功，故动能的增加量做功，故动能的增加量

3、Ek稍小于重力势能的减少量稍小于重力势能的减少量Ep，即，即EkEp，这属于系统误差改进的办，这属于系统误差改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力阻力2本实验的另一个误差来源于长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办法是测下落距离时都从O点量起，一点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，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或者多次测量取平均值三、注意事项三、注意事项1应尽可能控制实验条件，即应应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽满足机械能守恒的条

4、件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施量减小各种阻力的影响，采取的措施有：有：(1)安装打点计时器时，必须使两安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力擦阻力(2)应选用质量和密度较大的重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，可使空小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小气阻力减小2实验中，提纸带的手要保持不实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直接通电源后，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纸带打点计时器工作稳定后再松开纸带4测

5、量下落高度时，为了减小测测量下落高度时，为了减小测量值量值h的相对误差，选取的各个计数点的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在长，有效长度可在60 cm80 cm之之间间在用图在用图563所示所示的实验装置来验证机械能的实验装置来验证机械能守恒定律时，某同学的以守恒定律时，某同学的以下看法中正确的是下看法中正确的是()A必须用秒表测出必须用秒表测出重物下落的时间重物下落的时间B实验操作时，注实验操作时，注意手提着纸带使重物靠近意手提着纸带使重物靠近计时器，先接通计时器电计时器，先接通计时器电源，然后松开纸带源，然后松开纸带题型一

6、题型一 实验中应注意的问题实验中应注意的问题例例1图图563C如果打点计时器不竖直，重物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纸带摩擦上，就会造成重力势能的变化小于动能的变化化小于动能的变化D验证时，可以不测量重物的质验证时，可以不测量重物的质量或重力量或重力【解析解析】因为实验中使用打点因为实验中使用打点计时器，不需要测时间，计时器，不需要测时间，A错误；打点错误；打点计时器不竖直，重物下落时，其重力计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，造势能有一部分消耗在纸带摩擦上，造成重力势能的减

7、少大于动能的增量，成重力势能的减少大于动能的增量，C错误；验证时，不必测量重物的质量错误；验证时，不必测量重物的质量或重力，或重力，D正确由实验操作规程可正确由实验操作规程可知，知，B也正确也正确【答案答案】BD用自由落体法验证机械能守恒定用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中：律的实验中：题型二题型二 实验数据的处理实验数据的处理例例2(2)若实验中所用重物的质量若实验中所用重物的质量m1 kg.打点纸带如图打点纸带如图564所示，打点时所示，打点时间间隔为间间隔为0.02 s，则记录，则记录B点时，重物点时，重物速度速度vB_，重物动能，重物动能Ek_，从开始下落起至，从开始下落起至B点时

8、重物点时重物的重力势能减少量是的重力势能减少量是_，由此，由此可得出的结论是可得出的结论是_图图564图图565【答案答案】(1)打第一个点时重物打第一个点时重物的初速度为零的初速度为零2 mm(2)0.59 m/s0.17 J0.17 J机械机械能守恒能守恒(3)C(2008年高考江苏卷年高考江苏卷)某某同学利用如图同学利用如图566所示所示的实验装置验证机械能守恒的实验装置验证机械能守恒定律弧形轨道末端水平，定律弧形轨道末端水平，离地面的高度为离地面的高度为H.将钢球从将钢球从轨道的不同高度轨道的不同高度h处由静止处由静止释放，钢球的落点距轨道末释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为端的水

9、平距离为x.题型三题型三 实验创新设计实验创新设计例例3图图566(1)若轨道完全光滑，若轨道完全光滑，x2与与h的理论关的理论关系应满足系应满足x2_(用用H、h表示表示)(2)该同学经实验测量得到一组数该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：据，如下表所示：h(101m)2.003.004.005.006.00 x2(101m2) 2.623.895.206.537.78请在图请在图567所示的坐标纸上作所示的坐标纸上作出出x2h关系图关系图图图567(3)对比实验结果与理论计算得到对比实验结果与理论计算得到的的x2h关系图线关系图线(图中已画出图中已画出)，自同，自同一高度静止释放的钢

10、球，水平抛出的一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率速率_(填填“小于小于”或或“大于大于”)理理论值论值(4)从从x2h关系图线中分析得出钢关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是为造成上述偏差的可能原因是_图图5 56 68 8(3)从图中看，同一从图中看，同一h时的时的x2值，理值，理论值明显大于实际值，而在同一高度论值明显大于实际值，而在同一高度H下的平抛运动水平射程由水平速率决下的平抛运动水平射程由水平速率决定，可见实际水平速率小于理论速定，可见实际水平速率小于理论速率率(4)由于客观上，轨道与钢球间存由于客观上，轨道与钢球间存在摩擦，机械能减小，因此会导致实在摩擦，机械能减小，因此会导致实际值比理论值小钢球的转动也需要际值比理论值小钢球的转动也需要能量维持，而机械能守恒中没有考虑能量维持，而机械能守恒中