1、海阳一中 赵海波,实验：验证机械能守恒,利用重物自由落体运动过程,讨论分析自由落体运动过程中物体的动能、势能、机械能的变化，总结出机械能是否守恒。,实验目的,验证机械能守恒定律。,实验情景,如果忽略空气的阻力，这时物体的机械能守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，下落距离为h时物体的瞬时速度为V，则势能减少mgh，动能增加，故有,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可以相互转化，但总的机械能守恒。,实验原理,mgh,利用打点计时器打出的纸带，测出重物下落的高度h，利用时间t内的平均速度等于该段时间中点时刻的瞬时速度，算出对应时刻的瞬时速度V，然后计算开始下落到
2、打某点过程动能的增量及势能的减少,即可验证机械能是否守恒。,实验原理,铁架台（带铁夹）、电火花计时器(或打点计时器)、天平(附砝码)直尺、重锤、纸带、复写纸片、导线、交流电源(10V)。,实验器材,实验内容,1、步骤 (1)用天平测出重物的质量.,实验,(3)将纸带穿过电火花记时器 或打点计时器的限位孔，并把纸带 的一端固定在重物上，使重物停靠在打点计时器的地方，先用手提着纸带。,(2)如图所示，把打点计时器竖直地固定在置于桌边的铁架台上，将打点计时器与电源连接好。,(6)在打好点的纸带中挑选点迹清楚的一条纸带，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个连续的点A、B、C，并用刻
3、度尺依次测出各点到位置O的距离，这些距离就是物体运动到点A、B、C、时下落的高度h1、h2、h3。,(4)先接通电源，松开纸带，让重物带着纸带自由下落，计时器就在纸带上打下一列小点。,(5)重复几次，得到35条纸带。,实验内容,实验,(7)应用平均速度就是中间时刻的瞬时速度的方法 ，计算出各点对应的瞬时速度V1、V2、V3。,实验内容,(8)把得到的数据真入表格里，计算各点对应的势能减少量mgh，以及增加的动能mV2/2，并比较是否跟理论一致。计算时g取当地的数值。,实验SHI.exe,2、记录及数据处理,m=200g,T0.02s 。,实验内容,0.0314,0.0708,0.0616J,0
4、.1388J,0.0962J,0.0491,1.8mm 7.7mm 17.6mm 31.4mm 49.1mm 70.8mm 121.4mm,1.8mm 5.9mm 9.9mm 13.8mm 17.7mm 21.7mm 25.6mm,实验,实验内容,2、记录及数据处理,0.0138,0.0177,0.0217,0.0256,0.788,0.985,0.0958J,0.0612J,Ep1 0.0616J,Ep3 0.1388J,Ep2 0.0962J,实验SHI.exe,1.8mm 7.7mm 17.6mm 31.4mm 49.1mm 70.8mm 121.4mm,1.8mm 5.9mm 9.9m
5、m 13.8mm 17.7mm 21.7mm 25.6mm,EK1=mv12/2,EK2=mv22/2,EK3=mv32/2,V1=(x1+x2)/2T,V2=(x2+x3)/2T,V3=(x3+x4)/2T,1.183,0.1338J,3、结论：,实验内容,在误差允许的范围内，重锤自由下落过程中，重锤动能的增加量，等于重锤重力势能的减少，即机械能守恒,实验,(1)安装计时器时竖直架稳，计时器的两限位孔必须在同一竖直线上，以减少重物带动纸带下落过程受到的阻力。,注意事项,(2)实验时必须先接通电源，然后松开纸带让重物下落。,(3)测量下落高度时，必须从起始点算起。选取的各计数点要离起始点远些，
6、可减少物体下落距离h的测量误差。纸带不宜过长，约40即可。因重物自由下落时的加速度较大，每两个计数点间的时间间隔不一定取连打5个点的时间为计时单位。,注意事项,(5)纸带的上端最好不要悬空提着，要保证重物下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的小点。,注意事项,(4)实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，所以动能的增加量要小于势能的减少量。,(6)纸带挑选的标准是点迹清晰,(1)由于测量长度带来的误差属偶然误差，减小的办法一是测距离时都从起点O量起，二是多测几次取平均值。,误差分析,(2)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，故动能的增加量EK必定稍小
7、于势能的减少量EP，这是属于系统误差。,实验中不是必需知道动能和势能的具体数值，故可以不测物体的质量m。,思考,不使用天平（弹簧秤）测质量能否完成本实验?,实验练习,1、 在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面叙述正确的是 A应用天平称出重物的质量 。 B应当选用点迹清晰的纸带进行测量。 C操作时应先放纸带，后接通电源 。 D打点计时器应接在电压为10V的直流电源上 。,AB,2、在验证重锤自由下落过程中机械能守恒的实验中，下列说法正确的是 A实验时，应先接通打点计时器，等打点稳定后再释放纸带 B用天平称量所用重锤的质量 C为了方便，应在打下的纸带上每5个点取一个计数点进行测量和计算 D本实验
8、的系统误差，总是使重力势能的减少量大于动能的增加量,ABD,实验练习,3、在“验证机械能守恒定律”的实验中： 需直接测量的物理量是_ ； 间接测量的物理量是_。,重锤运动的速度V,重锤下落的高度h,重锤的质量m,实验练习,4、在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证重锤下落时重力势能的减少等于它动能的增加，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有( ) A用天平称出重锤的质量 B把打点计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来 C把纸带的一端固定到重锤上，另一端穿过电火花计时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度 D接通电源，释放纸带 E用秒表测出重锤下落的时间,E,实验练习,5、在验证机械能守恒定律的实验中，打点计时器所接交流电频率为50Hz，当地重力加速度g9.80m/s2。实验选用重锤质量为m(kg)，从所打纸带中选择一条合适的纸带，此纸带上连续的点A、B、C、D至第1点O的距离如图所示，则重锤从O运动到C，重力势能减少_J，重锤经过C时的速度为 m/s，其动能增加 J。,5.45m,实验练习,5.50m,3.30,作业,烟台目标练习,
