实验：验证机械能守恒定律

1、电火花计时器纸带夹子重物验证机械能守恒定律。 如果忽略空气的阻力，这时物体的机械能守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，下落距离为h时物体的瞬时速度为V，则势能减少mgh，动能增加，故有 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可以相互转化，但总的机械能守恒。21mv2mgh 利用打点计时器打出的纸带，测出重物下落的高度h，利用时间t内的平均速度等于该段时间中点时刻的瞬时速度，算出对应时刻的瞬时速度V，即可验证机械能是否守恒。hV 铁架台（带铁夹）、电火花计时器或打点计时器、直尺、重锤、纸带、复写纸片、导线、电源。 1、步骤 (1)如图所示，把打点计时器竖直地固定

2、在置于桌边的铁架台上，将打点计时器与电源连接好。 (2)将纸带穿过电火花记时器或打点计时器的限位孔，并把纸带的一端固定在重物上，使重物停靠在打点计时器的地方，先用手提着纸带。 (3)先接通电源，松开纸带，让重物带着纸带自由下落，计时器就在纸带上打下一列小点。 电火花计时器纸带夹子重物 (4)重复几次，得到35条纸带。 (5)在打好点的纸带中挑选“点迹清楚且第一、二两点间距离约为2mm”的一条纸带，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个连续的点1、2、3，并用刻度尺依次测出各点到位置O的距离，这些距离就是物体运动到点1、2、3、时下落的高度h1、h2、h3。 (6)应用平均速度

3、就是中间时刻的瞬时速度的方法 ，计算出各点对应的瞬时速度V1、V2、V3。 (7)把得到的数据真入表格里，计算各点对应的势能减少量mgh，以及增加的动能mV2/2，并比较是否跟理论一致。计算时g取当地的数值。演示2、记录及数据处理g9.8m/s2，T0.02s 。AOEDCBh3(OD)h1(OB)h2(OC) Ep1mgh1Ep2mgh2Ep3mgh3 121ssv2T+=232ssv2T+=343ssv2T+=2k111Emv2D=2k221Emv2D=2k331Emv2D=S1(AB)S2(BC)S3(CD)S4(DE) 3、结论：(1)安装计时器时竖直架稳，计时器的两限位孔必须在同安装

4、计时器时竖直架稳，计时器的两限位孔必须在同一竖直线上，以减少重物带动纸带下落过程受到的阻力。一竖直线上，以减少重物带动纸带下落过程受到的阻力。 (2)实验时必须先接通电源，然后松开纸带让重物下落。实验时必须先接通电源，然后松开纸带让重物下落。 (3)测量下落高度时，必须从起始点算起。选取的各计数测量下落高度时，必须从起始点算起。选取的各计数点要离起始点远些，可减少物体下落距离点要离起始点远些，可减少物体下落距离h的测量误差。的测量误差。纸带不宜过长，约纸带不宜过长，约40即可。因重物自由下落时的加速即可。因重物自由下落时的加速度较大，每两个计数点间的时间间隔不一定取连打度较大，每两个计数点间的

5、时间间隔不一定取连打5个点个点的时间为计时单位。的时间为计时单位。(4)实验中因不需要知道动能和势能的具体数值，实验中因不需要知道动能和势能的具体数值，故不需测物体的质量故不需测物体的质量m。(5)实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，所以动能的增加量要小于势能的减少量。所以动能的增加量要小于势能的减少量。(6)纸带的上端最好不要悬空提着，要保证重物纸带的上端最好不要悬空提着，要保证重物下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的小点。是清晰的小点。(7)纸带挑选的标准是第一、二两点间的距离接纸带挑选的标

6、准是第一、二两点间的距离接近近2mm。(1)由于测量长度带来的误差属偶然误差，减小由于测量长度带来的误差属偶然误差，减小的办法一是测距离时都从起点的办法一是测距离时都从起点O量起，二是多测量起，二是多测几次取平均值。几次取平均值。 (2)实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力(主主要是打点计时器的阻力要是打点计时器的阻力)做功，做功，故动能的增加量故动能的增加量EK必定稍小于势能的减少量必定稍小于势能的减少量EP，这是属于系，这是属于系统误差。统误差。1、 在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，下面叙述正的实验中，下面叙述正确的是确的是 A应用

7、天平称出重物的质量应用天平称出重物的质量 。B应当选用点迹清晰，第一、二两点距离约应当选用点迹清晰，第一、二两点距离约2mm的纸的纸带进行测量。带进行测量。 C操作时应先放纸带，后接通电源操作时应先放纸带，后接通电源 。D打点计时器应接在电压为打点计时器应接在电压为46V的直流电源上的直流电源上 。答案：B2、在验证重锤自由下落过程中机械能守恒的实验中，下、在验证重锤自由下落过程中机械能守恒的实验中，下列说法正确的是列说法正确的是 A实验时，应先接通打点计时器，等打点稳定后再释实验时，应先接通打点计时器，等打点稳定后再释放纸带放纸带B必须用天平称量所用重锤的质量必须用天平称量所用重锤的质量C为

8、了方便，应在打下的纸带上每为了方便，应在打下的纸带上每5个点取一个计数点个点取一个计数点进行测量和计算进行测量和计算D本实验的系统误差，总是使重力势能的减少量大于本实验的系统误差，总是使重力势能的减少量大于动能的增加量动能的增加量 答案：AD3、在、在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中：的实验中：需直接测量的物理量是需直接测量的物理量是_ ；间接测量的物理量是间接测量的物理量是_。参考答案：重锤下落的高度h重锤运动的速度V4、在、在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，要验证重锤下的实验中，要验证重锤下落时重力势能的减少等于它动能的增加，以下步骤仅是落时重力势能的减少

9、等于它动能的增加，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有( ) A用天平称出重锤的质量用天平称出重锤的质量B把电火花计时器固定到铁架台上，并用导线把它和把电火花计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来低压交流电源连接起来C把纸带的一端固定到重锤上，另一端穿过电火花计把纸带的一端固定到重锤上，另一端穿过电火花计时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度D接通电源，释放纸带接通电源，释放纸带E用秒表测出重锤下落的时间用秒表测出重锤下落的时间ABE5、在、在验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律的实验中，打点计时器所的实验中，打点计时器所接交流电频率为接交流电频率为50Hz，当地重力加速度，当地重力加速度g9.80m/s2。实。实验选用重锤质量为验选用重锤质量为m(kg)，从所打纸带中选择一条合适的，从所打纸带中选择一条合适的纸带，此纸带第纸带，此纸带第1、2点间的距离应接近点间的距离应接近 。纸带上连。纸带上连续的点续的点A