验证机械能守恒定律实验总结.doc

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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（v1≠0）

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，注意有无有效数字的要求）

O

N

Sn

Sn+1

dn-1

dn+1

3．实验器材

铁架台（带铁夹）、电磁打点计时器、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4～6V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0.5m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60～80cm．

　　（4）因为是通过比较mv2/2和mgh是否相等验证机械能是否守恒，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ΔEk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。

（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．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N+M点的瞬时速度V1、V2，量出第N点和第N+M点的距离Δh，重力势能减少量mgΔh和动能增量进行比较

　7．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=n·gt的方法计算，也是出此考虑，如果用vn=n·gt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0．02s用vn=n·gt计算时仍按0．02s计算，也会使vn值偏大，无论怎样，使用vn=n·gt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T＝0.1s．物体运动的加速度a＝________；该纸带是

采用________（选填“甲”或“乙”）实验方案得到的，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＝gnTB．vN＝C．vN＝D．vN＝g（n－1）T

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50Hz.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________.

（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=2.00×10-1kg，重力加速度g=9.80m/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_______。

A.19.6B.9.80C.4.90D.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）4.83m/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）0.380，0.376（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）9.750.0100，空气阻力；纸带和限位孔间的摩擦阻力

说明：

，mg-Ff=ma

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

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