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1、7.12验证机械能守恒【知识准备】1.实验目的：验证机械守恒定律。2.实验器材：铁架台（带铁夹），打点计时器，重锤（带纸带夹子）；纸带数条，复写纸片，毫米刻度尺；3.实验原理：物体只在重力作用下自由落体时，物体机械能守恒，即减少的重力势能等于增加的动能。如果物体下落高度h时速度为v，则有 。借助于打了点的纸带测出物体下降的高度h和对应速度v，即可验证物体自由下落时机械能是否守恒。 O n Sn Sn+1图7-8-1图1测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点前后两段相等时间T内下落的距离Sn、Sn+1，由公式 求出，如图1所示。4.实验步骤（1）在铁架台上安装好 。（2）将纸带的一端固定在重锤
2、的夹子上，另一端穿过打点计时器的 ，用竖直提起的纸带使重锤靠在 附近。（3）先 ，再 ，让重锤自由下落。（4）换上新纸带， ，得到几条打好的纸带。（5）选择点迹清晰，且第一、二两点间距离接近 的纸带，起始点标O，依次确定几个计算点1、2、3 （6）用刻度尺测量下落高度h1、h2、h3，计算各计数点对应的重锤瞬时 。（7）计算各计数点对应的势能减少量和动能增加，进行比较。5.注意事项：（1）打点计时器的安装要稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦力.（2）实验中，需保持提纸带的手不动，待接通电源，打点计时器工作稳定后再松开纸带让重物下落.（3）选取纸带时，本着点迹清晰且第一、二两点间距离接
3、近2mm的原则（为什么？）.（4）测下落高度时，须从起点量起，并且各点下落的高度要一次测定.（5）不需测出物体质量，只需验证vn2/2=ghn就行.（6）重锤要选密度大的，体积小的.【教材助读】1 实验原理的理解：（1）因为打点计时器每隔0.02 s打点一次，在最初的0.02 s内物体下落距离应为0.002 m，所以应从几条纸带中尽量挑选点迹清晰呈一直线且第一、二点间接近2 mm 的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点应该是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔 t =0.02 s.（2）因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量 m，而只需验证vn2/2=ghn就行了。2实
4、验操作注意事项：（1）打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量减少重物带着纸带下落时所受到的阻力作用。（2）必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能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，不能搞错，为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60cm-80cm之内.3误差分析：（1）本实验的误差主要来源于纸带数据的处理上,及点与点测量的读数上的误差和各种阻力产生的误差。还有注意必须先接通电源后放开纸带.（2）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.（3）在验证机械能守恒的定
5、律时，如果以为纵轴，h为横轴,根据实验数据绘出的h图线应是过原点的直线，才能验证机械能守恒。h图的斜率等于g的数值。【实验操作】1. 自主设计表格，记录实验数据2. 数据处理3.实验结论及反思【实验探究】探究1 做验证机械能守恒定律的实验中，纸带上打出的点如图3所示，若重物的质量为m，图中点P为打点计时器打出的第一个点，则从起点P到打下点B的过程中，重物的重力势能的减小量EP= J，重物的动能的增加量EK= J.（打点计时器的打点周期为0.02s，g=9.8m/s2，图3探究2 下面列出一些实验步骤A用天平测出重物和夹子的质量；B将重物系在夹子上；C将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住
6、重物的夹子.再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器；D拆下导线，整理器材.E打点计时器固定放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上；F在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据；G用秒表测出重物下落的时间；H接通电源待计时器响声稳定后释放纸带；I切断电源；J更换纸带，重新进行两次；K在三条纸带中选出较好的一条；L进行计算，得出结论，完成实验报告；以上步骤，不必要的有 ，正确步骤的合理顺序是 O A B C9.5115.712.42图4探究3 在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图4.其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测量O到A、
7、B、C各点的距离,并记录在图中(单位cm). 这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_ ,应记作_cm. 该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为_，而动能的增加量为_，(均保留3位有效数字，重锤质量用m表示).这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_动能的增加量，原因是_.另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证O A B C D 0 7.8 17.6 31.4 49.0 (mm) 图5机械能守恒，不过他数了一下：从打点计时器打下的第一个点
8、O数起，图中的B打点计时器打下的第9个点.因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为_，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量_动能的增加量,原因是_.【巩固练习】1在验机械能守恒定律的实验中，由于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阻力，这样会使得（ ）A . B. C. D .以上都有可能2“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法.（1）用公式mv2/2=mgh时，对纸带上起点的要求是 ，为此目的，所选择的纸带一、二两点间距应接近 .h0h0ABh0h0CD图6（2）若实验中所用的重锤质量M = 1kg，打点纸带如图5所示，打点时
9、间间隔为0.02s，则记录B点时，重锤的速度vB = ，重锤动能EKB = .从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量是 ，因此可得结论是 （3）根据纸带算出相关各点速度V，量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图线应是图6中的 .3在验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率为50HZ，某次实验选择一条较理想纸带如图7所示，图中O点为打点计时器的第一个点，A、B、C、D分别为每打两个点取的一个计数点. 重锤下落的加速度多大？ 若重锤质量为m，则重锤从起始下落到B时，重力势能减少多少？ 重锤下落到B时，动能多大？ 根据上述计算可得到什么结论？产生误差的主要原因是什么？ O A B C D 0 12.50 19.25 28.50 38.15 (cm)图7-8-2图7 4
