1、第七章 机械能守恒定律 第9节 实验：验证机械能守恒定律实验目的验证机械能守恒定律实验原理通过实验，测出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律实验器材打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线实验步骤1安装：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与低压交流电源相连接2接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落重复几次，打下35条纸带3选纸带：选取点迹较为清晰的挑选纸带
2、上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0、1、2、34数据测量：测出0到点1、点2、点3的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3数据处理方法一：若验证从第一个点 O 到某个点 n 过程中机械能守恒，需验证 mghn12mv2n，其中 vnhn1hn12T，此种情况下，需要选择第 1、2 两点间距约为 2 mm(因为12gT212g0.0222 mm)、点迹清晰的纸带方法二：若验证从第 m 点(m1)到第 n 点过程中机械能守恒，需验证 mghmn12mv2n12mv2m，其中 hmn 为 m 点到 n 点距离vm、vn 分别是打第 m 个点和第 n 个点的速度vmhm1hm12T，vn
3、hn1hn12T无论是方法一还是方法二，都不需要测定重物质量 m通过计算，验证在误差允许的范围之内12v2n与 ghn 是否相等或12v2m12v2n与 ghmn 是否相等注意事项1安装打点计时器时，必须使两个限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力2应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小3实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动接通电源后，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4速度不能用 vngtn 或 vn 2ghn计算，因为只要认为加速度为 g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，所以速度
4、应从纸带上直接测量计算同样的道理，重物下落的高度 h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn12gt2n或 hnv2n2g计算得到误差分析1本实验的误差主要来自于空气阻力及纸带和计时器限位孔之间的摩擦故重力势能的减少量应等于动能增加量和克服阻力做功之和所以动能的增加量应略小于重力势能的减少量2偶然误差测量长度时会带来误差，减小误差的办法是：(1)测距离时都应从打第一个点O点量起(2)多测几次取平均值3系统误差实验中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必定稍小于重力势能的减少量Ep用如图所示的实验装置做“验证机械能守恒定律”的实验实验所用的电源为学生电源
5、，输出电压为6 V的交流电和直流电两种重物从高处由静止开始下落，打点计时器在重物拖着的纸带上打出一系列的点，选取点迹清晰的纸带进行测量，即可“验证机械能守恒定律”下面列举了该实验的几个操作步骤：一、实验器材及步骤A按照图示的装置安装器材B将打点计时器接到电源的直流输出端上C用天平测量出重物的质量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测量打出的纸带上某些点之间的距离F根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能指出其中操作不恰当的或者没有必要进行的步骤，并说明原因解析：操作B是错误的，应该接到电源的交流输出端；操作D是错误的，应先接通电源，待打点计时器工作稳定后
6、再释放纸带；操作C没必要，根据测量原理，重物的动能和势能表达式中都包含了质量m，可以约去答案：见解析在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g9.80m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取出的计数点根据以上数据，可知重物(质量为m)由O点运动到B点时：二、实验数据的处理及误差分析(1)重力势能的减少量为_；(2)动能的增加量为_；(3)根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？解析：(1)重力势能的减少量为Ep 减mghOBm9.80.1951.911m(2)重物下落到 B 点时的速度vBhAC4T 0.154 540.02 m/s1.931 m/s所以重物从开始下落到 B 点增加的动能为Ek 增12mv2B12m(1.931)21.864m(3)从(1)、(2)中计算的数据得出在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其动能的增加，机械能守恒重物减少的重力势能略大于其增加的动能，原因是重物在下落时要受到阻力作用(打点计时器对纸带的摩擦力、空气阻力)，克服阻力做功答案：(1)1.911m(2)1.864m(3)见解析点击进入WORD链接谢谢观看！