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课件网) 实验:验证机械能守恒定律 【实验目的】 1.会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。 2.掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。 【实验原理】 让物体自由下落,忽略阻力情况下物体的机械能守恒, 有两种方案验证物体的机械能守恒: 方案一:以物体自由下落的位置O为起始点,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。 方案二:测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度 v1、v2,v1、v2的计算方法与方案一的相同。若关系式 成立,则物体的机械能守恒。 【实验器材】 铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源 【实验过程】 一、实验步骤 1.安装置:按图将检查、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… 二、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.机械能守恒验证: 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 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mghA-mghB,动能增加量 为 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 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图线。若在误差许可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。 【误差分析】 1.在进行长度测量时,测量及读数不准造成误差。 2.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误差。 【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.纸带选取: (1)以第一个点为起点时,要验证的是 =mghn, 必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点, 所以前两个点的间距为h= gt2= ×10×(0.02)2 m =2 mm。 (2)以下落中某点为起点时,要验证的是 =mghmn,这时选择纸带不需要满足两点间距为2 mm。 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。 类型一 实验原理及误差分析 【典例1】使用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律,打出一条纸带。纸带上O是打出的第一个点迹,A,B, C,……是依次打出的点迹,量出OE间的距离为h,DF间的距离为s。已知打点计时器打点的周期是T。 (1)上述物理量如果在实验误差允许的范围内满足关系 式_____,即验证了重物下落过程中机械能是守恒的。? ... ...
