实验：验证机械能守恒定律

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1、 机械能守恒定律在只有重力或弹力做功的物体系统内在只有重力或弹力做功的物体系统内 ，物体的动能和势能可以相互转化，而总，物体的动能和势能可以相互转化，而总 的机械能保持不变。的机械能保持不变。内容：表达式：适用条件： 只有重力做功或弹力做功知识回顾在自由落体运动中，若物体下落高 度h 时的速度为v ,则hvmgh =mv 21 2实验原理由此可知,只要测出下落高度h和相应的瞬时速度v,再利用当地的重力加速度g的值,即可对 和 进行比较,若相等,则机械能守恒得以验证。mghmv 21 2打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、 铁架台（带铁夹）、学生电源等。夹子打点计时器纸带重物？ 铁架台实验器

2、材3、更换纸带，重复几次。1、将打点计时器固定在铁架台上，把纸带的一端用夹子 固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔。2、用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近。然后先 接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。实验步骤4、在打好点的纸带中挑选“点迹清楚且第一、二两点间 距离约为2mm”的一条纸带，在起始点标上O，在选5个连 续的点一次标上1、2、3，用刻度尺依次测出下落高 度h1、h2、h3。 5、计算出个点对应的瞬时速度v1、v2、v3。 6、计算各点对应的势能减少量mgh，以及增加的动能mv2/2 ，并进行比较。 1、本实验要不要测量物体的质量？mgh =mv 21 2gh =v 21

3、2无需测量物体的质量操作技巧纸带上的第一个点为计时起点0 （起始点的速度应该为零，即 打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚开始下落）。gh =v 21 21 2x = gt2 = 9.80.022m 210-3m = 2 mm1 2h起始点对于实际获得的纸带，如何判定纸带上的第一个点就是纸 带刚开始下落时打下的呢？纸带上的头两个点间的距离应接近2mm操作技巧2、如何确定计时起点和选取纸带？操作技巧3、若不知起点，如何验证机械能守恒？我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能EA和EB。若以点B为0 势能点，则有：EKAmghEKBhAB操作技巧4、如何测量物体的瞬时速度？做匀变速运动的物体一段

4、时间内的平均 速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度。操作技巧5、 速度能不能用 v = 2gh 或 v = gt 计算？这种方法是根据机械能守恒定律得到的，而我 们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用。这种方法认为加速度为g ，由于各种摩擦阻力 不可避免，所以实际加速度必将小于g，这样得到的 速度将大于实际速度，故这种方法也不能用。6、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 势能的减少量。 1、打点计时器的两限位孔必须在 ，以减少摩檫阻力。 2、实验时必须先 ，然后松开纸带让重锤下落。4、测量下落高度时，必须从 算起。选取的各计数点要离起始点远些。 5、实验中因不需要知道

5、动能和势能的具体数值，故不需测 。3、多做几次实验，选点迹清晰，且第一、二两 点间距离 的纸带进行测量。同一竖直线上接通电源接近2mm 起始点物体的质量m小于注意事项测量点n123456 高度hn /m 速度vn /m/s 势能EP /J 动能EK /J数据处理1、计算法计算出每一点的机械能，看它们是否相等。数据处理2、图象法0hv 21 2gh =v 21 2该图象的 斜率表示 什么？为什么图 象通过原 点？验证机械能守恒定律用气垫导轨演示机械能守恒定律（3）如果所打的纸带，前几个点不清晰，其它点清晰， 试说明用这样的纸带怎样验证机械能守恒定律。例1、在验证机械能守恒定律的实验中：（1）除打

6、点计时器、电源、重锤、纸带以外，在下面 的测量仪器中，必需使用的是_。A、天平 B、弹簧秤 C、刻度尺 D、秒表在纸带上选取A、B两点，测出 计算出重力势能 的减小量，求出 计算动能的增加量，在误差范 围内验证：C（2）如果以 为纵轴，以h为横 轴，由实验数据描出的图线是一条通 过原点的直线，那么该直线的斜率等 于 。h实验当地的重力加速度例2、为进行验证机械能守恒定律的实验，有下列器材 可供选择：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带, 低压交流电源, 天平，秒表，导线，电键其中不必要的器材是 和 ； 缺少的器材是重锤和_.为减小实验误差，所选纸带一个点 与第二点间的距离等于或接近于_mm者为最好

7、 “在验证机械能守恒定律”的实验中，有如下步骤：A.固定好打点计时器，正确地放置重锤和纸带，准备打点；B.接通电源，使重锤自由下落，打出纸带，重复做几次；C.正确选取纸带，记下第一点的位置0，并依次选取几个记数点 ，算出速度；D.测出各记数点距0的距离，即为下落高度；E.用天平称出重锤的质量；F.用实验取得数据，验证机械能守恒定律在上述步骤中，多余的一个步骤是_(填序号) 为减少实验误差，应选择哪种重锤_(填下面选项的字母序号) A较重的重锤 B较轻的重锤 天平秒表 刻度尺 2EA例3、用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验 所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电 两种。重

8、锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通 过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行 测量，即可验证机械能守恒定律。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件； B将打点计时器接到电源的直流输出端上； C用天平测量出重锤的质量； D释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸 带； E测量打出的纸带上某些点之间的距离； 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。 指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其 选项对应的字母填在下面的空行内，并说明其原因。步骤B是错误的。应该接到电源的交流输出端。步骤C不必要，因为根据测量原理，重锤的

9、动能和势能中都包含了质量m，可以约去。步骤D是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带。例4、光电计时器是物理实验当中经常用到的一种精密计时仪器，它 由光电门和计时器两部分组成，光电门的一臂的内侧附有发射激光装置（ 发射激光装置是激光二极管，发出的光束很细），见图4中的A和A，另 一臂的内侧附有接收激光的装置，见图中的B和B，当物体在它们之间通 过时，二极管发出的激光被物体挡住，接收装置不能接收到激光信号，同 时计时器就开始计时，直到挡光结束光电计时器停止计时，故此装置能精 确地记录物体通过光电门所用的时间。现有一小球从两光电门的正上方开 始自由下落，若要用这套装置来验证机械能守恒定律，

10、则要测量的物理量 有 （每个物理量均用文字和字母表示，如高度H）；验证 机械能守恒的关系式为： 。 计时器 计时器A BA B解：由于本装置可记录小球通过光电门的时间，则将 小球的直径D除以时间t，即可求出小球经过光电门 的速度，若再测出两光电门之间相距的高度H，即可 验证机械能守恒定律。故需要测量的物理量有：小球直径D，两光电门之间相 距的高度H，通过上下两光电门的时间t1、 t2。得：例5、某人设计了一个验证机械能守恒定律的实验装置， 如图所示，长为L的绳子一端固定于O点，另一端拴一个质量 为m的小球，绳子下垂时小球位于B点，在B点的正上方距离约 等于小球直径的D处放一锋利的刀片，把绳子绷直拉到A处后 从静止释放，球落到B处时绳子被切断，小球即做平抛运动， 落到地面上的C点在白纸和复写纸上打下落点的痕迹。试写出 实验原理及需要记录的数据。解：小球在B点的速度：球在A点相对于B点的重力势能为： 在B点的动能为： 若机械能守恒则有： 即： 若此式成立则机械能守恒。