1、1第4讲 实验：验证机械能守恒定律 第五章功和能21.实验目的与实验器材目的：验证机械能守恒定律器材：铁架台(带铁夹)；打点计时器；重锤(带纸带和夹子)；纸带几条；复写纸；导线；直尺；学生电源.2.实验原理3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相互转化，但总的机械能守恒，若物体某时刻即时速度为v，下落高度为h，恒有:故只需借助打点计时器，21.2 mvmgh4通过纸带测出重物某时刻高度h和该时刻的即时速度，即可验证机械能守恒定律.测定第n点的即时速度的方法是：测出第n点的相邻的前、后两段相等时间T内下落的距离，再由公式或算出.12nnnssvT112nnnddvT5在本实验中要
2、不要测量物体的质量？根据，质量约掉了，所以无需测量物体的质量.思考121.2 mvmgh63.实验步骤(1)按图5-4-1把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连好.(2)把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近.图5-4-17(3)先接通电源，后松手让重锤带着纸带下落.(4)重复几次，得35条纸带.(5)在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在起始点标上O,以后各依次标上1、2、3用刻度尺测出对应高度h1、h2、h3(6)应用公式计算各点对应的速度v1、v2、v3(7)计算各点对应的势能减少量mghn和动能的增加
3、量并进行比较.112nnhhvT212nmv84.注意事项(1)实验中打点计时器安装时，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦力.(2)实验时，必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才松开纸带让重锤下落.(3)打点计时器必须接50Hz交流低压电源.9(4)必须保留纸带上打出点迹的第一点,且第1、2点间距约为2mm的纸带误差小.(5)测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能搞错，为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不宜过长，有效长度可在60cm-80cm之内.10用如图5-4-3所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电
4、和直流电两种.重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律.图5-4-3例111(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：A.按照图示的装置安装器件；B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C.用天平测出重锤的质量；D.释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E.测量纸带上某些点间的距离；F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能.12其中没有必要进行的或者操作不当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的空行内，并说明其原因.答：。13(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值.如图5-4-4所示
5、，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出A距起始点O的距离为s0，点AC间的距离为s1，点CE间的距离为s2，使用交流电的频率为f，根据这些条件计算重锤下落的加速度a.图5-4-414(3)在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加，其原因主要是因为在重锤下落的过程中存在阻力作用，可以通过该实验装置测阻力的大小.若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，还需要测量的物理量是.试用这些物理量和纸带上的数据表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小F.15(1)B错误，因为接在直流电源上，打点计时器不会工作，应该接到电源的交流输出端.D错误，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带.C不必要，因为根据测量原理，重锤的动能和势能中都包含了质量m，可以约去.16(2)s2-s1=a(2T)2=4a/f2，所以(3)要测量阻力，必须知道重锤的质量m，因此先测出重锤的质量.然后根据牛顿第二定律：mgFma，而a在(2)中已算出，代入可得：2214ssfa221.4ssfFm g