6 实验：验证机械能守恒定律 一、实验原理 让物体自由下落，忽略阻力情况下验证物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒。 1.以物体下落的起始点O为基准，测出物体下落高度h时的速度大小v，若mv2＝mgh成立，则可验证物体的机械能守恒。 2.测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，若关系式m－m＝mgh成立，则物体的机械能守恒。 二、实验器材 铁架台（带铁夹）、电磁打点计时器、重物（带纸带夹子）、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。 三、实验步骤 1.安装置：实验装置示意图如图所示。按照装置示意图将检查、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3～5次实验。 3.选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2 mm的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2 mm的第一个点作为起始点，记作O，在距离O点较远处再依次选出计数点1，2，3，… 4.测距离：用刻度尺测出O点到1，2，3，…的距离，即为对应下落的高度h1，h2，h3，… 四、数据处理 1.计算各点对应的瞬时速度：根据公式vn＝，计算出1，2，3，4，…，n点的瞬时速度v1，v2，v3，v4，…，vn。 2.验证机械能守恒 方法一：利用起始点和第n点。 从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为m，计算ghn和，如果在实验误差允许的范围内ghn＝，则机械能守恒定律得到验证。 方法二：任取两点A、B。 从A点到B点，重力势能减少量为mghAB，动能增加量为m－m，计算ghAB和－，如果在实验误差允许的范围内ghAB＝－，则机械能守恒定律得到验证。 方法三：图像法。 计算各计数点对应的v2，以v2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，根据实验数据绘出v2-h图像，如图所示。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。 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.由于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。接通电源后，等打点计时器工作稳定后再松开纸带。 3.计算速度时不能用v＝gt或v＝，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。 4.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。 题型一 实验原理与操作 【典例1】 图甲为验证“机械能守恒定律”的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带夹子的重锤、天平、刻度尺、低压交流电源。回答下列问题： （1）下面列举了该实验的几个操作步骤： 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”上 C.用天平测出重锤的质量 D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带 E.测量纸带上某些点间的距离 F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 其中操作错误的步骤是 。 （2）实验中误差产生的原因 ... ...
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