学生实验含PPT的教学设计及点评

实验：验证机械能守恒定律

一、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。

二、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：

1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mv22＝mgh成立，则可验证物体的机械能守恒。两个主要测量的物理量为：

(1)物体下落高度的测量：通过纸带用刻度尺测出O点到第n个点的距离h。

(2)物体瞬时速度的测量、计算：纸带上第n个点的瞬时速度等于这个点前后相邻两点间hn＋1－hn－1的平均速度vn＝[hn＋1、hn－1分别为第(n＋1)个点、第(n－1)个点到第一个点的距离]。

2T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112一的相同。若关系式mv2－mv1＝mgh成立，则物体的机械能守恒。

222三、实验器材

铁架台(带铁夹)、电火花打点计时器、墨粉纸盘(或电磁打点计时器、复写纸、低压交流电源)、重物(带纸带夹子)、纸带、导线、毫米刻度尺。

四、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，…。

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，…，再根据公式hn＋1－hn－1vn＝，计算出1，2，3，4，…，n点的瞬时速度v1，v2，v3，v4，…，vn。

2T2。机械能守恒定律验证。

112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mv2n，计算ghn和vn，2212如果在实验误差允许的范围内ghn＝vn，则机械能守恒定律得到验证。

2方法三：图象法。

1212计算各计数点v，以v为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，2212根据实验数据绘出v－h图线。若在误差许可的范围内图象是一条过原点且斜2率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。

方法一：利用起始点和第n点。

六、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。

4。测量时采取多次测量求平均值来减小偶然误差，安装打点计时器使两限位孔中线竖直，并且选择质量适当大些、体积尽量小些的重物来减小系统误差。

七、注意事项

1。减小误差的措施与操作规范。

误差来源

减小误差的措施

设法减小阻力

增大重物重力

调节打点计时器

实验操作不当

实验注意事项

打点计时器应安装稳固，限位孔在一竖直线上，减阻力的影响

小纸带与限位孔间的摩擦阻力

减小重物体积可减小空气阻力

选用密度大的重物，一般用铁块

注意将电磁打点计时器接在低压交流电源上，调节好振针的长度，使点迹清晰

重物下落

选择点迹清晰的纸带，最好是第1点和第2点间距接近2 mm的纸带

法，否则将增大误差

hn＋2－hn－2hn＋1－hn－1用vn＝比用vn＝相对误差小

4T2T注意释放纸带与接通电接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放纸带让源的顺序

选择纸带

h误差

防止分段测量各点对应的下落高度均从起点测量，不可用累加增大误差

测量误差

v误差

减小相对误差

2。纸带选取。

12(1)以第一个点为起点时，要验证的是mvn＝mghn，必须保证纸带上的第一个点为重物静止211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。

22

112(2)以下落中某点为起点时，要验证的是mv2－mvA＝mghAB，这时选择纸带不需要满足前两B22点间距为2 mm。

3。计算速度时不能用v＝gt或v＝2gh，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。