1、9实验：验证机械能守恒定律,第七章 机械能守恒定律,【实验目的】,【实验原理】,【实验器材】,【实验内容】,【注意事项】,【实验练习】,【误差分析】,验证机械能守恒定律。,【实验目的】,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，即可验证机械能是否
2、守恒。,铁架台（带铁夹）、电火花计时器或电磁打点计时器、毫米刻度尺、重锤、纸带、复写纸片、导线、电源。,【实验器材】,【实验内容】,1、步骤(1)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。 (2)将纸带穿过电火花记时器或电磁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。 (3)先接通电源，后松开纸带，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。,(4)重复几次，得到35条纸带。 (5)在打好点的纸带中挑选“点迹清楚且第一、二两点间距离约为2mm”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
3、始依次选取几个连续的点1、2、3，并用刻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1、2、3、时下落的高度h1、h2、h3。 (6)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。 (7)把得到的数据填入表格里，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。,2、数据记录及数据处理,g9.8m/s2，T0.02s 。,3、结论：,4验证守恒的方法 方法一：利用起始点和第n点计算代入ghn和 vn2，如果在实验误差允许的范围内，ghn vn2，则说明机械能守恒定律是正确的,方法二：任取两点
4、计算 (1)任取两点A、B测出hAB，算出ghAB. (2)算出 vB2 vA2的值 (3)如果在实验误差允许的范围内，ghAB vB2 vA2，则说明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为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出 v2h图线若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，则验证了机械能守恒,(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。 (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
5、起。选取的各计数点要离起始点远些，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】,(4)实验中因不需要知道动能和势能的具体数值，故不需测物体的质量m。 (5)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。 (7)纸带挑选的标准是第一、二两点间的距离接近2mm。,(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
6、取平均值。 (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必定稍小于势能的减少量EP，这是属于系统误差。,【误差分析】,【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，第一、二两点距离约2mm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46V的直流电源上 。,答案：B,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必须用天平称量所用重锤的质量 C为了方便，应在打下的纸
7、带上每5个点取一个计数点进行测量和计算 D本实验的系统误差，总是使重力势能的减少量大于动能的增加量,答案：AD,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_。,参考答案：重锤下落的高度h 重锤运动的速度V,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把电火花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,答案： ABE,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，此纸带第1、2点间的距离应接近 。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，由此可得出的结论是：,参考答案：2mm 5.50m 3.30 5.45m,作业,练习册52-53页,
