第3节能量守恒定律 第1课时 实验：机械能的转化和守恒的实验探究 一、实验目的 1．会用打点计时器打下的纸带计算物体的运动速度和位移。 2．探究自由落体运动物体的机械能守恒。 二、实验原理 让物体自由下落，在忽略阻力情况下，探究物体的机械能守恒，有两种方案探究物体的机械能守恒： (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mv22－mv12＝mgh成立，则物体的机械能守恒。 三、实验器材 铁架台(带铁夹)电磁打点计时器、低压交流电流(4～6 V)、重物、毫米刻度尺、纸带(带夹子)、复写纸片、导线。 四、实验步骤 1．安装置：按图2-3-1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。 图2-3-1 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，然后再松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带，按上述要求再重复做3～5次。 3．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＝mvB2－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。 4．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。 五、数据处理 1．计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3…再利用匀变速直线运动公式vn＝，计算出1、2、3、4…n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4、…vn。 2．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ghn＝vn2，则机械能守恒。 方法二：任意选取两点A、B，测出hAB，计算出ghAB；再计算出vA、vB、vB2－vA2的值，如果在实验误差允许的范围内ghAB＝vB2－vA2，则机械能守恒。 图2-3-2 方法三：图像法。从纸带上多选取几个计数点，测量出O点(起始点)到其余各计数点的距离(物体下落的高度)h，并计算出各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，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。 六、误差分析 1．系统误差：在只有重力对物体做功时，物体的动能和重力势能可以相互转化，且动能和重力势能的总和保持不变。但实验不可避免地存在阻力(打点计时器与纸带间的摩擦阻力、空气阻力等)，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。改进的办法是改进器材，尽量减小阻力。 2．偶然误差：在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差。减小误差的办法： (1)测量距离时都必须从起始点O开始依次测量。 (2)多测几次，取平均值。 3．打点计时器产生的误差： (1)由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差。 (2)振动片振动不均匀，打点过浅或过紧造成误差；纸带放置的方法不正确，计数点选取的不好，都会造成误差。 七、注意事项 1．尽量减小各种阻力而减 ... ...
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