1、1验证机械能守恒定律1.实验目的学会用打点计时器验证机械能守恒定律的实验方法和技能2.实验原理在物体自由下落的过程中，只有重力对物体做功，遵守机械能守恒定律，即重力势能的减少量等于动能的增加量。在实验误差范围内验证 （必须初速度为零） 或 （v10）21mvgh 212mvgh测定第 n 点的瞬时速度的方法是：测出第 n 点的相邻前、后两段相等时间 T 内下落的距离 sn和 sn+1，由公式 vn=，或由 vn= 算出，如图所示。(注意单位用国际单位，看清计数点还是计时点，注意有无有T2s1Tdn1效数字的要求)3 实 验 器 材铁 架 台 (带 铁 夹 )、 电 磁 打 点 计 时 器 、
2、重 锤 (带 纸 带 夹 子 )、 纸 带 、 复 写 纸 片 、 直 尺 、 导 线 、 低 压 交 流 电 源4.实验步骤（1）按右上图装置把打点计时器固定在支架上，并将打点计时器接在 46V 的交流电源上. （如果用电火花打点计时器电压：220v 交流电）（2）将大约 0.5 m 长的纸带用小夹子固定在重锤上后穿过打点计时器，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近（3）先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点.（4）换上新的纸带，重做几次上面的实验.5 注 意 事 项(1) 安 装 打 点 计 时 器 时 ， 必 须 使 两 纸 带 限 位 孔 在 同
3、一 竖 直 线 上 ， 以 减 小 摩 擦 阻 力 (2) 实 验 时 ， 必 须 保 持 提 起 的 纸 带 竖 直 ， 手 不 动 ， 待 接 通 电 源 ： 让 打 点 计 时 器 工 作 稳 定 后 再 松 开 纸 带 ，以 保 证 第 一 点 是 一 个 清 晰 的 点 (3) 测 量 高 度 h 时 ， 应 从 起 始 点 算 起 ， 为 减 小 h 的 相 对 误 差 ， 选 取 的 计 数 点 要 离 起 始 点 远 些 ， 纸 带 不 宜过 长 ， 有 效 长 度 可 60 80 cm(4) 因 为 是 通 过 比 较 mv2/2 和 mgh 是 否 相 等 验 证 机 械
4、能 是 否 守 恒 ， 故 不 需 要 测 量 重 锤 的 质 量 如 果 实 验 要 求 计 算 势 能 和 动 能 的 具 体 数 据 ， 那 就 必 须 要 知 道 物 体 的 质 量 。（5）本实验中因重物和纸带在下落的过程中要克服阻力做功，故动能的增加量 E k一定略小于重力势能的减少量，这是不可避免的，属于系统误差.（6）不用测量 g,直接用 g=9.8m/s2（7）我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。O NSn Sn+1dn-1dn+12（8）选计数点时，相邻计数点间的距离要尽可能拉得开些，使求得的速度误差小些。6
5、 数 据 处 理在 已 经 打 好 的 纸 带 中 挑 选 点 迹 清 晰 的 一 条 纸 带 ， 在 起 始 点 标 上 O， 以 后 各 点 依 次 标 上 1, 2, 3, 用 刻 度尺 测 出 对 应 下 落 高 度 、 、 ， 计 算 各 点 对 应 的 瞬 时 速 度 、 、 ， 然 后 计 算 各 点 对 应 的 势 能 减1h23 1v23少 量 mghn和 动 能 增 量 mvn2/2 进 行 比 较 计 算 时 不 需 要 测 量 出 重 锤 质 量 m这 个 实 验 也 可 以 用 纸 带 上 任 意 两 点 ， 第 N 点 和 第 N+M 点 ， 计 算 打 N 点 和
6、 N+M 点 的 瞬 时 速 度 V1、 V2， 量 出 第N 点 和 第 N+M 点 的 距 离 h， 重 力 势 能 减 少 量 mg h 和 动 能 增 量 进 行 比 较2127 误 差 分 析本 实 验 把 重 锤 带 动 纸 带 的 下 落 作 为 自 由 落 体 运 动 处 理 ， 实 际 上 由 于 存 在 摩 擦 阻 力 一 定 会 使 结 果 出 现 偏差 因 为 实 际 计 算 出 来 的 速 度 vn应 小 于 无 其 他 阻 力 时 对 应 于 该 点 的 速 度 ， 也 就 是 说 最 终 结 果 应 当 出 现 动 能增 量 mvn2 /2 略 小 于 重 力 势
7、 能 减 小 量 mghn在 计 算 任 意 一 点 的 瞬 时 速 度 vn时 ， 采 用 的 方 法 是 或 的 方 法 ， 而 没 有 用 vn=ngt 的 方Tsvn21hvn21法 计 算 ， 也 是 出 此 考 虑 ， 如 果 用 vn=ngt 计 算 第 n 点 速 度 ， 实 际 上 是 用 理 论 的 g 值 代 替 了 实 际 上 的 加 速 度 a, 且 a g， 则 vn结 果 将 会 偏 大 ， 再 者 做 这 个 实 验 时 是 先 接 通 电 源 ， 再 放 手 ， 可 能 造 成 纸 带 上 记 录 的 最 初 两 点 之间 的 时 间 间 隔 小 于 0 02
8、 s 用 vn=ngt 计 算 时 仍 按 0 02 s 计 算 ， 也 会 使 vn值 偏 大 ， 无 论 怎 样 ， 使 用vn=ngt 计 算 瞬 时 速 度 都 将 使 动 能 增 量 的 计 算 值 偏 大 典型例题例 1“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图所示的甲或乙方案来进行(1)比较这两种方案，_(选填“甲”或“乙”)方案好些，理由_自由落体实验 斜面小车实验验证机械能守恒定律 验证机械能守恒定律(2)如图是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离如图中所示，已知每两个计数点之间的时间间隔 T0.1 s物体运动的加速度 a_；该纸带是采用_(选填“甲”或“乙”)实验
9、方案得到的，简要写出判断依据_(3)如图是采用甲方案时得到的一条纸带，在计算图中 N 点速度时，几位同学分别用下列不同的方法进行，其中正确的是 ( )A vN gnT B vN C vN D vN g(n1) Txn xn 12T dn 1 dn 12T例 2：在用重锤下落来验证机械能守恒时，某同学按照正确的操作选得纸带如图所示.其中 O 是起始点，A、B、C、D、E 是打点计时器连续打下的 5 个点，打点频率为 50 Hz.该同学用毫米刻度尺测量 O 到A、B、C、D、E 各点的距离，并记录在图中（单位：cm）（1）这五个数据中不符合有效数字读数要求的是（填 A、B、C、D 或 E）点读数_
10、.3（2）纸带 连接重物（填左端或右端）（3）该同学用重锤在 OC 段的运动来验证机械能守恒，OC 距离用 h 来表示，他用 vC= 计算与 C 点对应的2gh重锤的瞬时速度，得到动能的增加量，这种做法（填“对”或“不 对” ）_.（4）若 O 点到某计数点的距离用 h 表示，重力加速度为 g，该点对应重锤的瞬时速度为 v，则实验中要验证的等式为_.（5）若重锤质量 m=2.0010-1 kg，重力加速度 g=9.80 m/s2，由图中给出的数据，可得出从 O 点到打下 D 点，重锤重力势能的减少量为_ J，而动能的增加量为_ J（均保留三位有效数字）.(6)两者不完全相同的原因 实验中需要的
11、测量仪器是 （7）实验结论是 （8）如果仅仅是验证机械能是否守恒，实验中是否需要测出重物质量?_；因为_（9）根据纸带所测量的数据，还可以求出物体实际下落的加速度为_ m/s2，物体在从 A 到 B 下落的过程中所受到的平均阻力为_ N(计算结果都要保留 3 位有效数字)，该阻力的来源主要有：_；_例 3 如图所示，是用落体法验证机械能守恒定律的实验装置。 （ g 取 9.80m/s2）某同学利用他自己实验时打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离 h，算出了各计数点对应的速度 v，以 h 为横轴，以 为纵轴画出了如图的图线。图线的斜率近似等于_。21vA.19.6 B.9
12、.80 C.4.90 D.2.25图线未过原点 O 的原因是_。例 1 答案：(1)甲 该方案摩擦阻力小，误差小，操作方便(2)4.8 3 m/s2 乙 因为物体的加速度比 g 小得多 (3)BC例 2 答案（1）B（2） 左端 （3）不对正确计算公式 vc= （4） （5）)(fOBD2vgh0.380，0.376(6) 下落过程中,重物克服摩擦和空气阻力做功,部分机械能转化为内能；打点计时器,刻度尺（7）在误差允许范围内机械能守恒（8）不需要；如果只是验证，不需要知道动能和势能的具体数值,根据mgh=mv2/2 可消去 m（9）9.75 0.0100，空气阻力；纸带和限位孔间的摩擦阻力说明： ，mg-Ff=masTaXACE04.,2例 3 答案 B，该同学做实验时先释放了纸带，然后再合上打点计时器的开关
