1、实验6 验证机械能守恒定律-2-一、实验目的 验证机械能守恒定律。二、实验原理 1.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互相转化,但总的机械能保持不变。若物体某时刻瞬时速度为v,下落高度为h,则重力势能的减少量为mgh,动能的增加量为 mv2,看它们在实验误差允许的范围内是否相等,若相等,则验证了机械能守恒定律。122.计算打第 n 个点速度的方法:测出第 n 个点与相邻前后点间的距离 xn和 xn+1,由公式 vn=xn+xn+12T或 vn=hn+1-hn-12T算出,如图所示。-3-三、实验器材 铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物
2、(带纸带夹)。四、实验步骤 1.安装置:按图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。-4-2.打纸带:将纸带的一端用夹子固定在重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做35次实验。3.选纸带:分两种情况说明(1)用12 mvn2=mghn 验证时,应选点迹清晰,且 1、2 两点间距离小于或接近 2 mm 的纸带。若 1、2 两点间的距离大于 2 mm,这是由于先释放纸带后接通电源造成的。这样,第 1 个点就不是运动的起始点了,这样的纸带不能选。(2)用12 mvB2 12
3、 mvA2=mgh 验证时,由于重力势能的相对性,处理纸带时,选择适当的点为基准点,这样纸带上打出的第 1、2 两点间的距离是否为 2 mm 就无关紧要了,所以只要后面的点迹清晰就可选用。-5-五、数据处理及验证方案 1.求瞬时速度 由公式 vn=hn+1-hn-12T可以计算出重物下落 h1、h2、h3、的高度时对应的瞬时速度 v1、v2、v3、。-6-2.验证机械能守恒 方法一:利用起始点和第 n 点计算,代入 ghn 和12 vn2,如果在实验误差允许的范围内,ghn=12 vn2,则验证了机械能守恒定律。方法二:任取两点 A、B 测出 hAB,算出 ghAB 和(12 vB2 12 v
4、A2)的值,如果在实验误差允许的范围内,ghAB=12 vB2 12 vA2,则验证了机械能守恒定律。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,并计算各点速度的二次方 v2,然后以12v2 为纵轴,以 h 为横轴,根据实验数据绘出12v2-h 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定律。-7-六、误差分析 1.系统误差 本实验中因重锤和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功,故动能的增加量Ek稍小于重力势能的减少量Ep,即EkEp,这属于系统误差,改进的方法是调整器材的安装,尽可能减小阻力。2.
5、偶然误差 本实验的另一个误差来源于长度的测量,属于偶然误差。减小误差的方法是测下落距离时都从O点测量,一次将各打点对应的下落高度测量完,或者多次测量取平均值。-8-七、注意事项 1.打点计时器要竖直:安装打点计时器时要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直平面内,以减少摩擦阻力。2.选重物:重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。3.测长度:测量下落高度时,为了减小测量值h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6080 cm之间。4.算速度:某时刻的瞬时速度的计算应用 vn=dn+1-dn-12T,不能用vn=2gdn或 vn=gt 来计算。-9-1.做验证机械能
6、守恒定律实验时,可以不测量重锤的质量,只需要比较哪几个物理量的关系就能够验证?2.计算某点的瞬时速度时,可以用v=gt来计算吗?为什么?1.提示：ghn和12 2或 g(hm-hn)和12(2 2)2.提示：不可以;因为重锤下落时受空气阻力,加速度a”“”或“=”)Ek,造成这种结果的主要原因是 。答案 解析 解析 关闭(1)v5=16.14+18.6620.0510-2 m/s=3.48 m/s。(2)重力势能的增量 Ep=mgh,代入数据可得 Ep=1.24 J,动能减少量为 Ek=12 22 12 52,代入数据可得 Ek=1.28 J。(3)由计算可得 EpEk,主要是由于存在空气阻力。答案 解析 关闭(1)3.48(2)1.24 1.28(3)存在空气阻力