59实验验证机械能守恒定律

1、 3 纸带 夹子 重物 2 0 59实验:验证机械能守恒定律 班级姓名学号 学习目标： 1. 学会利用自由落体运动验证机械能守恒泄律。 2. 进一步熟练掌握应用计时器打纸带研究物体运动的方法。 学习重点：1.验证机械能守恒泄律的实验原理和步骤。 2 验证机械能守恒楚律实验的注意事项。 学习难点：验证机械能守恒左律实验的注意事项。 主要内容： 一、实验原理 物体在自由下落过程中，重力势能减少，动能增加。如果忽略空气阻力，只有重力做 功，物体的机械能守恒,重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m,借助打点 计时器打下纸带，由纸带测算出至某时刻下落的髙度h及该时刻的瞬时速度v ;进而求 得重力

2、势能的减少量I A Ep | =mgh和动能的增加SAE= 1 /2mv2;tt较I AEP |和 冬，若在误差允许的范围内相等，即可验证机械能守恒。 测左第n点的瞬时速度vn:依据“物体做匀变速直线运动，在某段时间内的平均速 度等于这段时间中间时刻的瞬时速度”，用公式vf/2T计算（T为打下相邻 两点的时间间隔）。 二、实验器材 电火花计时器（或电磁打点计时器），交流电源，纸带（复写纸片），重物（带纸带 夹子），导线，刻度尺,铁架台（带夹子）。 三、实验步骤 （1）按图装置固圮好计时器，并用导线将计时器接到电压合 适的交流电源上（电火花汁时器要接到22 0 V交流电源 上，电磁打点计时器要接

3、到4旷6 V的交流低压电源 上）。 （2）将纸带的一端用小夹子固左在重物上，使另一端穿过计 时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止在靠近计 时器的地方。 （3 ）接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带 上打下一系列小点。 （4）换几条纸带，重做上而的实验。 （5）从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间的距离接 近2 mm且点迹淸晰的纸带进行测星:。 （6）在挑选岀的纸带上，先记下打第一个点的位置0 （或A）, 再任意选取几个点1、2、3（或B、C、D）等，用刻度尺量出 各点到0的距离h, h：、h,等，如图所示。 （7）用公式v（hnn-hnJ / 2 T计算出各点对应的瞬时

4、速度VI、 Vx V3等。 （8）计算出各点对应的势能减少Smgh=和动能的增加量l/2m v2 的值，进行比较，得出结论。 四、实验记录 五、实验结论 在只有重力做功的情况下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但机械能的总量 保持不变。 六、实验注意事项 （1）计时器要竖直地架稳、放正。架稳就是要牢固、稳泄。重物下落时它不振动：放 正就是使上下两个限位孔在同一竖直平面内一条竖直线上与纸带运动方向相同，以 减小纸带运动时与限位孔的摩擦（可用手提住固左好重物的纸带上端，上下拉动纸 带，寻找一个手感阻力最小的位宜）O （2 ）打点前的纸带必须平直，不要卷曲，否则纸带在下落时会卷到计时器的上边缘上，

5、 从而增大了阻力，导致实验误差过大。 （3）接通电源前，提纸带的手必须拿稳纸带，并使纸带保持竖直，然后接通电源,待计时 器正常工作后，再松开纸带让重物下落，以保证第一个点迹是一个淸晰的小点。 （4）对重物的要求:选用密度大、质量大些的物体，以减小运动中阻力的影响（使重力远 大于阻力）。 （5）纸带的挑选:应挑选第一、二两点间的距离接近2 mm且点迹淸晰的纸带进行测量。 这是因为:本实验的前提是在重物做自由落体运动的情况下，通过研究重力势能的 减少量与动能的增加量是否相等来验证机械能是否守恒的，故应保证纸带（重物）是 在打第一个点的瞬间开始下落。计时器每隔0. 02 s打一次点，做自由落体运动

6、的物体在最初0.02 s内下落的距离hi二1/2 gt1/2 X9. 8 X0. 0 2=m= 0 .002 m=2 mm,所以若纸带第一、二两点间的距离接近2 mm,就意味着重物是在打 第一个点时的瞬间开始下落的，从而满足本次实验的前提条件（打第一个点物体的 初速度为零，开始做自由落体运动）o （6）测量下落高度时，必须从起点。量起。为了减小测量的相对误差，选取的汁数点要 离O点适当远些（纸带也不宜过长，其有效长度可在60 cm80 c m以内）。 （7 ）本实验并不需要知道重力势能减少屋和动能增加量的具体数值，只要对mgh与1/ 2 mv；进行比较（实际上只要验证1 / 2v2=gh即可）

7、以达到验证机械能守恒的目的, 所以不必测出重物的质量。 七、误差分析 （1）做好本实验的关键是尽量减小重物下落过程中的阻力，但阻力不可能完全消除。 本实验中，误差的主要来源是纸带摩擦和空气阻力。由于重物及纸带在下落中要不断 地克服阻力做功，因此物体动能的增加量必稍小于重力势能的减少戢，这是系统误差。 减小系统误差的方法有选用密度大的实心重物，重物下落前纸带应保持竖宜，选用电 火花计时器等。 （2）由于测虽长度会造成误差，属偶然误差，减少办法一是测距离都应从起点0量起, 下落髙度h适肖大些（过小，h不易测准确;过大,阻力影响造成的误差大），二是多测几 次取平均值。 单位CB 【例一】在“验证机械

8、能守恒立律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz, 查得当地的重力加速度g二9. 80m/s?o某同学选择了一条理想的纸带，用 刻度尺测量时计数点对应刻度尺上的读数如图所示。图中0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岀的计数点。根据以上 数据，可知重物由O点运动到B点时： (1) 重力势能的减少量为多少? (2) 动能的增加量是多少？ (3) 根据计算的数据可得岀什么结论?产生误差的主要原因是什么？ 课后作业： 1 .在“验证机械能守恒左律”的实验中，需要直接测量和间接测量的数据是重物的 () A. 质量B.下落时间C.下落髙度D.瞬时速度 2. 选择纸

9、带时,较为理想的是 () A.点迹小而淸晰的B.点迹粗的 C.第一、二点距离接近2 mm的D.纸带长度较长的(4050 c m) 3. 在“验证机械能守恒左律”的实验中，有下列器材可供选择： 铁架台、打点计时器、复写纸、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关。其中不必 要的器材是o缺少的器材是o 4. 下列实验步骤中，合理的顺序是 A. 把重物系在夹子上，纸带穿过计时器,上端用手提着，下端夹上系重物的夹子，让夹 子靠近打点计时器。 B. 把打点计时器接入学生电源交流输出端,输岀电压调在6 V。 C. 把打点il时器固泄在铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上。 D. 拆下导线，整理器材。 E. 接

10、通电源，释放纸带。 F. 断开电源,更换纸带。再进行两次实验。 G. 在三条纸带中选取垠合适的一条，再纸带上选几个点，进行数据处理。 5. 在“验证机械能守恒立律”的实验中，电源频率为50Hz o当地重力加速度g二98m/ s,测得所用重物质量是1. 00 kg,甲、乙、丙三同学分别用同一装苣打出三条纸带, 量出各纸带上第一、二两点间的距离分别是0. 1 8cm, 0. 19cm和0. 25cm,可以看出英 中一个人在操作上有误，具体原因是,选用第二条纸带， 量得三个连续A、B、C到第一点的距离分别是15. 5 5cm、1 9.20cm和2 3 . 2 3 c m, 当打点计时器打在B点时，重

11、物重力势能减小量为J,重物的 动能是J。 6. 在“验证机械能守恒泄律”的实验中,打点计时器所用电源频率为50Hz,当地重力 加速度沪9. 8m/ s =,测得所用重物质量是1. 0 0 kg,实验中得到一条点迹淸晰的纸带, 把第一个点计作0,另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点，经测虽:知道A、B、C、 D各点到O点的距离分别是62. 9 9 cm、70. 18cm. 7 7.76cm、85. 7 3cm,根据以上数据。 可知重物由0点运动到C点，重力势能的减少量为J ,动能的增加量 等于Jo （取3位有效数 字）。 7. 在利用自由落体运动验证机械能守恒左律的实验中，对第一个计数点的要求为 。用方法可以判断满足了这个要求。实验时必须知道 重锤的动能增加量应小于重力势能减少量，而在实验汁算中却可能出现动能增加量大 于重力势能减少量，这是由于o &在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，（1 ）若应用公式