验证机械能守恒定律实验

图 象 法 处 理 数 据
1 2 gh = 2 v
1 2 2 v 为什么 图象通 过原点 ？ 0 该图象 的斜率 表示什 么？
h
1.在“验证机械能守恒定律”的实验中： (1)现有器材是：打点计时器；低压电源；纸带；带 夹子的重物；刻度尺；天平；导线；铁架台。其中 天平 。 该实验不需要的器材是______ (2)实验中，要从几条打上点的纸带中挑选第一、二 两点间的距离接近 _____mm并且点迹清晰的纸带进 行测量。 2 2
测量点n 高度hn /m 速度vn /m/s 势能EP /J 动能EK /J
1
2
3
4
5
6

6．用公式vn=(hn+1-hn-1)/2t，计算出各点的瞬 时速度v1、v2、v3……并记录在表格中． 7．计算各点的重力势能的减少量mgh。和动 能的增加量，并进行比较．看是否相等，将数 值填人表格内．
问 题 1
1 gt2 = 1×9.8×0.022m ≈2×10-3m = 2 mm x=2 2
纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。
思 考
可以回避起始点（即处理纸带时可以不用到起始 点） A
Δh
B
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： EKA＋mgΔh＝EKB
思 考
纸带
打点计时器
铁架台
？
夹子
重物
• 思考题
• 重物选取的原则是什么?为什么? • 密度比较大，质量相对比较大，可以减小因为空 气阻力带来的误差． • 实验中还有哪些应该注意的地方? • 计时器要稳定在铁架台上，计时器平面与纸带限 位孔调整在竖直方向，铁架台放在桌边，计时器 距地面的距离大约是1 m． • 这样做的目的是什么? • 计时器平面与纸带限位孔在竖直方向上的目的是 减小摩擦以减小实验误差的产生，铁架台放在桌 边有利于重物下落到地面上，计时器距地面的距 离较大的目的是能够有充足的时间使重物下落， 以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计 算．
实 验 步 骤
• 1．把打点计时器安装在铁架台上，用导线将学生 电源和打点计时器接好． • 2．把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿 过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使 重锤停靠在打点计时器附近． • 3．接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带， 让重锤自由下落，打点计时器应该在纸带上打出 一系列的点． • 4．重复上一步的过程，打三到五条纸带． • 5．选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2 mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、 2、3……用刻度尺测量对应下落的高度 h1\h2\h3，……记人表格中．
2.为了验证物体在自由下落过程中机械能是守恒的，将 m=0.5kg的重物系上一纸带，并将纸带穿过打点计时器， 当重物自由下落时，得到如图所示的记录纸带，已知打 点周期T=0.02s（设当地的重力加速度g=9.9m/s2） ①计算打A、B两点时重物下落的速率 1.5m/s 2.1m/s VA=_________________ ，VB=_____________ ． ②以A、B两点为例，验证机械能是否守 0.53J ．结论 0.54J 恒?△Ek=_____________ ，mgh=_______________ 在误差允许范围内机械能守恒． ． _____________________________
本实验要不要测量物体的质量？
1 mgh = 2 mv 2
1 2 gh = 2 v
无需测量物体的质量
如果实验要求计算势能和动能的具体 数据，那就必须要知道物体的质量。
问 题 起始点
2
1 2 gh = 2 v
h
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）。 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？
h=gt /2=10×0.02 /2=0.002m=2mm
(3)某学生在实验中器材安装正确，操作规范，所用 交流电的频率为50Hz，但验证结果是重物增加的动 能稍小于它减少的重力势能，其主要原因是 纸带受到的摩擦和空气阻力做负功 _______________________________________ 。
3.在验证机械能守恒定律时，将重物自由下落，纸带 记录如图所示．（计算结果取2位有效数字）T=0.02s 图中纸带左端为与重物相连端，0点为重物静止时所记 录的点，ABC三个记数点为打点计时之点，则重物下 落hB距离时，其速度VB可用计算式VB=_________ (AB+BC)/2T 1.6 进行计算，根据图示数据求出VB=__________m/s ；重 1.5J 物重力势能减少量为___________ ，动能增加量为 __________________ ，两者不完全相同的原因是 1.3J __________________ ． 下落过程中 ,重物克服摩擦和空气阻力做功 ,部分机械能转化为内能 实验中需要的测量仪器是 打点计时器,刻度尺 _____________________________．
实验：验证机械能守恒定律
2、实验原理
研究在自由落体运动中：
O
E ？ k＝ E p
方案1：从起点开始计算
h
A
v1
h
1 2 mv ? mgh 2
B
方案2：从一般位置开始计算
1 2 1 2 mv2 - mv1 ? mg h 2 2
v v2
D
C
实 验 器 材
实验器材：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。
如何测量物体的瞬时速度?
vB = vAC
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。
速度能不能用 v = 2gh 或 v = gt 计算？
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，这样将得到机 械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是减少的， 故这种方法也不能用。