第一章 功和机械能 验证机械能守恒实验 班级 学号 姓名 一、实验目的 1．验证机械能守恒定律。2．进一步熟悉打点计时器的使用。 二、实验器材 铁架台(带有铁夹)、打点计时器、交流电源、纸带、重物、天平、砝码、刻度尺。 三、实验步骤 1．测质量：使用天平称出重物的质量。 2．安装置：按图将打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电源。 3．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，然后再松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带，再重复做3～5次。 4．选纸带：分两种情况。 (1)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，纸带上第1个点对应的动能就不等于零。原理式mgh＝mv2就不成立了。 (2)用mgΔh＝mvB 2－mvA2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．测距离：用毫米刻度尺测出O点到1,2,3…各计数点的距离，求出重物对应于各点下落的高度h1，h2，h3…，并将各点对应的高度填入设计的表格中。 四、实验验证 方法一：利用起始点O和n个计数点，分别计算出各点对应的重力势能和动能。设起始点O处的重力势能为零，则各计数点处的重力势能为－mghn，对应的动能为mvn2，如果在实验误差允许的范围内mghn＝m vn2，则机械能守恒。 方法二：任意选取两点A、B，测出hAB，计算出mghAB，再计算出vA、vB、mvB2－mvA2的值，如果在实验误差允许的范围内mghAB＝mvB2－mvA2，则机械能守恒。 五、误差分析 1．在进行长度测量时，测量及读数不准造成偶然误差。 2．系统误差的主要来源是重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。 3．交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生系统误差。 六、注意事项 1．应尽可能控制实验，满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有： (1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，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，使空气阻力减小。 2．实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直。先接通电源后，等打点计时器工作稳定再松开纸带。 3．测量下落高度时，为减小实验误差，后边的点应距起点O较远，在测量各点到O点的距离时，应当用刻度尺从O点量起，一次性读出各点到O点的距离。 【作业】 1．用如图所示的装置验证机械能守恒定律，由于电火花打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大的阻力，这样实验造成的结果是 。 A．重力势能的减少量明显大于动能的增加量 B．重力势能的减少量明显小于动能的增加量 C．重力势能的减少量等于动能的增加量 D．以上几种情况都有可能 2. 如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。 (1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是 。 A．重物选用质量和密度较大的金属锤 B．两限位孔在同一竖直面内上下对正 C．精确测量出重物的质量 D．用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物 (2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计 ... ...
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