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1、实验6：验证机械能守恒定律,一、实验目的 验证机械能守恒定律。,二、实验原理 1.由纸带记录重物的运动，并得到下落高度为h时，重物的瞬时速度v。比较自由下落过程中，减少的重力势能mgh和增加的动能1/2mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等，则验证了机械能守恒。 2.计算打第n个点速度的方法：测出第n个点与相邻前后点间距离xn和xn+1，由公式vn=(xn+xn+1)/(2T)或vn=(hn+1-hn-1)/(2T)算出，如图5-5-1所示。,三、实验器材 铁架台(含铁夹)、计时器(电火花计时器 或电磁打点计时器)、学生电源、纸带及复写 纸片、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹)。
2、,四、实验步骤 1.按图5-5-2把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。 2.把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计 时器限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。 3.先接通电源，后松手让重物带着纸带自由下落。 4.重复几次，得到35条打上点的纸带。 5.在打出的纸带中挑选出一条点迹清晰，且第1、2两打点间 距离接近2 mm的纸带，在第一个打点上标出O，并从稍靠后的某 一点开始，依次标出1、2、3、4、，并量出各点到位置O的距 离h1、h2、h3、h4、，并记入表格中。 6.用公式vn=(hn+1-hn-1)/(2T)计算出各点对应的瞬时速度v
3、1、v2、 v3、v4、，并记录在表格中。 7.计算打各点时重力势能的减少量mghn和动能的增加量1/2mvn2，并进行比较，看是否相等。将计算数值填入表格中。,图5-5-2,五、注意事项 1.应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力，采取的措施有： (1)铁架台应竖直安装，可使纸带所受阻力减小； (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，可使空气阻力减小。 2.应先打开电源，让打点计时器开始打点稳定后，再放开纸带让重物下落。 3.选取纸带的原则是： (1)点迹清晰； (2)所打点呈一条直线； (3)第1和第2两打点
4、间距离接近2 mm。 六、误差分析 1.本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量1/2mv2稍小于重力势能的减少量mgh，这是不可避免的，这属于系统误差，改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。 2.本实验的另一个误差来源于长度的测量，属于偶然误差，可以通过改变长度的测量方法，或者多次测量取平均值来减小误差。,【例1】关于验证机械能守恒定律实验，下面列出一些实验步骤： A.用天平称出重物和夹子的质量 B.将重物系在夹子上 C.将纸带穿过打点计时器，上端用手提着，下端夹在系有重物的夹子上，再把纸带向上 拉，让夹子静止靠近打点计时器处 D
5、.把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6 V(电源暂不接通) E.把打点计时器用铁夹固定到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，进行测量并记录数据 G.用秒表测出重物下落时间 H.接通电源，待打点计时器工作稳定后释放纸带 I.切断电源 J.更换纸带，重新进行两次实验 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 M.拆下导线，整理器材 对于本实验以上步骤中，不必要的有_；正确步骤的合理顺序是 _(填写代表字母)。,热点一 实验原理和操作,【名师支招】熟悉本实验的原理和操作步骤是解题的关键。,【解析】根据实验原理和操作步
6、骤可知不必要的有A、G；正确步骤的合理顺序是E、D、B、C、H、I、J、K、F、L、M,A G,EDBCHIJKFLM,1,某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是( ) A.把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电 源 B.将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定 高度 C.先释放纸带，再接通电源 D.更换纸带，重复实验，根据记录处理数据,C,【例2】某同学做“验证机械能守恒定律”实验时不慎将一条选择好的纸带的前面一部分 破坏了。测出剩下的一段纸带上的各个点间的距离如图5-5-3所示。已知打点计时 器的工作频率是50 Hz，重力加速度g=9.8 m/
7、s2。 (1)利用这段纸带说明重锤通过2、5两点时机械能守恒。 (2)分析说明为什么得到的结果是重力势能减少量Ep稍大于重锤动能的增加量Ek。,【名师支招】掌握本实验的数据处理方法和误差产生的原因。,【解析】(1)Ep=mgh25 Ek=1/2mv52-1/2mv22 由已知数据计算比较可得Ek和Ep近似相等，即重锤减少的重力势能近似等于重锤增加的动能，可以认为机械能守恒定律成立。 (2)由以上计算可以看出，瞬时速度v2和v5的计算是准确的，即Ek是准确的，而重锤下落的过程中要克服阻力做功，从而减少一部分机械能。即Ep稍大于Ek。,图5-5-3,热点二 数据的处理和误差分析,2,在利用电磁打点
8、计时器(电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz)“验证机械能守恒定律”的实验中： (1)某同学用图5-5-4所示装置进行实验，得到如图5-5-5所示的纸带， 把第一个点(初速度为零)记作O点，测出点O、A间的距离为68.97 cm，点A、C间的距离为15.24 cm，点C、E间的距离为16.76 cm， 已知当地重力加速度为9.8 m/s2，重锤的质量为m=1.0 kg，则打 点计时器在打O点到C点的这段时间内，重锤动能的增加量为 _ J，重力势能的减少量为 _J。 (2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a=_ m/s2。 (3)在实验中发现，重锤减少的重力势能总大于重锤增加的动能，其 原因主要是在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力的作用，用 题目中给出的已知量求出重锤下落过程中受到的平均阻力大小为 _ N。,图5-5-4,图5-5-5,8.00,8.25,9.50,0.30,
