1、实验：验证机械能守恒定律一、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2速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度，即vt2t.计算打第n个点瞬时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn1，由公式vn或vn算出，如图1所示图1三、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
2、度尺，重物(带纸带夹)一、实验步骤图2(1)安装置：按图2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(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)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，这样的纸带不能选用mvmvmgh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
3、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二、数据处理1数据处理在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3利用公式vn计算出点1、点2、点3的瞬时速度v1、v2、v32验证方法一：利用起始点和第n点计算计算ghn和v，如果在实验误差允许的范围内ghnv，则机械能守恒定律是正确的方法二：任取两点计算任取两点A、B测出hAB，算出ghAB.算出vv的值若在实验误差允许的范围内ghABvv，则机械能守恒定律是正确的方法三：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，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为
4、纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2-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三、误差分析误差产生原因减小方法偶然误差测量长度带来的误差(1)测量距离时应从计数0点量起，且选取的计数点离0点远些(2)多次测量取平均值系统误差重物和纸带下落过程中存在阻力(1)打点计时器安装稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力(2)选用质量大、体积小的物体作重物，以减小空气阻力的影响四、注意事项1安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直线上以减小摩擦阻力2重物应选用质量和密度较大、体积较小的物体以减小空气阻力的影响3应先接通电源，让打点计时器正常工作后
5、，再松开纸带让重物下落4纸带长度选用60 cm左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量5速度不能用vngtn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况且用vngtn计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算同样的道理，重物下落的高度h，也只能用毫米刻度尺直接测量，而不能用hn或hngt2计算得到6本实验不必称出重物质量.实验探究1纸带的分析和计算在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量m1 kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图3所示(相邻两计数点时间间隔为0.02
6、s)，单位cm，那么图3(1)纸带的_端与重物相连；(2)打点计时器打下计数点B时，重物的速度vB_；(3)从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能减少量是Ep_J，此过程中重物动能的增加量Ek_J(g取9.8 m/s2)；(4)通过计算，数值上Ep_Ek(选填“”、“”或“Ek.这是因为重物在下落过程中还须克服摩擦阻力做功【答案】(1)O(2)0.98 m/s(3)0.4910.480(4)重物在下落过程中还须克服摩擦阻力做功实验探究2实验原理和误差分析如图4所示是用重锤做自由落体运动来“验证机械能守恒定律”的实验装置图4(1)为了减小实验误差，下列措施可行的是_A重锤选用体积较大且质量较
7、小的B重锤选用体积较小且质量较大的C打点计时器应固定在竖直平面内D应先放手让重锤拖着纸带运动，再通电让打点计时器工作(2)某同学选取了一条纸带进行测量研究，他舍去了这条纸带上前面比较密集的点，对后面间距较大的且相邻的六个点进行了如图5所示的测量已知当地的重力加速度为g，使用的交变电流周期为T，则验证机械能守恒的表达式为_(用x1、x2、x3、T、g表示)图5(3)某同学计算实验结果时发现重锤重力势能的减少量Ep略大于动能的增加量Ek，本实验中引起误差的主要原因是_.【解析】(1)为了减小误差，应该尽量减小阻力，故应该选体积较小的质量较大的重锤，选项B正确，选项A错误；使打点计时器竖直放置，能减小纸带与打点计时器间的摩擦阻力，选项C正确；为减小偶然误差，应先接通电源再释放纸带，选项D错误(2)打下第2个点时的速度为v2，此时重锤的动能为m()2；打下第5个点时的速度为v5，此时重锤的动能为m()2，这个过程中重力做的功为mgx2，若只有重力做功，由动能定理得mgx2，即8gx2T2xx，只要验证该式成立就验证了机械能守恒(3)重锤下落过程中阻力做功，造成机械能减少，因此总存在减少的重力势能Ep大于增加的动能Ek的情况【答案】(1)B、C(2)8gx2T2xx(3)重锤下落过程中存在着阻力作用