学生实验第二课时 公开课

9．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的运动速度和位移．

2．探究自由落体运动物体的机械能守恒．

二、实验原理

让物体自由下落，在忽略阻力的情况下，探究物体的机械能守恒，有两种方案探究物体的机械能守恒：

1．以物体下落的起始点O为基准，测出物体下落高度h时的速度大小v，1若2mv2＝mgh成立，则可验证物体的机械能守恒．

12．测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，若关系式2mv22－122mv1＝mgh成立，则物体的机械能守恒．

三、实验器材

铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、低压交流电源(4～6 V)、重物、毫米刻度尺、纸带(带夹子)、复写纸片、导线.

一、实验步骤

1．安装置：按图7-9-1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．

图7-9-1 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1、2两点间的距离约为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…n并测量出各计数点到O点的距离h1、hn＋1－hn－1h2、h3…hn再根据公式vn＝，计算出1、2、3、4、…n点的瞬时速度2Tv1、v2、v3、v4…vn. 2．机械能守恒验证：

方法一：利用起始点和第n点．

1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2mv2n，112计算ghn和2v2n，如果在实验误差允许的范围内ghn＝vn，则机械能守恒定律得2到验证．

方法二：任取两点A、B. 121从A点到B点，重力势能减少量为mghA－mghB，动能增加量为2mvB－22mvA，计算12121212ghAB和2vB－2vA，如果在实验误差允许的范围内ghAB＝2vB－2vA，则

机械能守恒定律得到验证．

方法三：图象法．

11计算各计数点2v2，以2v2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，1根据实验数据绘出2v2-h图线．若在误差许可的范围内图象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．

图7-9-2 三、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．

四、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：

12(1)以第一个点为起点时，要验证的是2mvn＝mghn，必须保证纸带上的第一11个点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距为h＝2gt2＝2×10×(0.02)2m＝2 mm.

1212(2)以下落中某点为起点时，要验证的是2mvm－2mvn＝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＝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．