2012高考总复习物理课件 实验6验证机械能守恒定律

实验六

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

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图1

该式左边表示物体由A到B过程中动能的增加，右 边表示物体由A到B过程中重力势能的减少.等式 说明，物体重力势能的减少等于动能的增加.通过 实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少 量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机 械能守恒，从而验证机械能守恒定律.

三、实验仪器 打点计时器、电源、纸带、复 写纸片、重物、刻度尺、带有 铁夹的铁架台、导线两根. 四、实验方法 1.求A点的瞬时速度vA的方法图2

根据做匀加速运动的物体在某一段时间t内的平均 速度等于该时间段中间时刻的瞬时速度可求出A点 的瞬时速度vA. 图2是竖直纸带由下而上实际打点后的情况.从O 点开始依次取点1,2,3 ,图中x1,x2,x3, 分别 为0~2点，1~3点，2~4点 各段的距离. 根据公式 ，t=2×0.02 s(纸带上任意两个相 邻的点间所表示的时间都是0.02 s),可求出各段的 平均速度.这些平均速度就等于是1,2,3, ,各点 相对应的瞬时速度v1,v2,v3, .例如：量出0~2 点间距离x1,则在这段时间里的平均速 度 ，这就是点1处的瞬时速度v1.依次类推 6 可求出点2,3, 处的瞬时速度v2,v3,

2.确定重物下落的高度的方法 图2中h1,h2,h3, 分别为纸带从O点下落的高 度.

图3 7 根据以上数值可以计算出任意点的重力势能和动能，

五、实验步骤 1.如图3所示，将纸带固定在重物上，让纸带穿过 打点计时器； 2.用手握着纸带，让重物静止在打点计时器附近， 然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带 上打下一系列小点. 3.从几条打下点的纸带中挑选第一、二点间距离 接近2 mm且点迹清楚的纸带进行测量，测出各计 数点到第一个点的距离d1、d2, .据公式vn= ,计算物体在打下点1、2 时的瞬时速度 v1、v2 计算相应的动能的增加值.8

4.用刻度尺测量纸带从点O到点1、2 之间的距 离h1、h2 计算出相应减少的重力势能.

六、实验数据处理 本实验数据处理，主要体现在对纸带的选取和速度 的测量两方面. 1.关于纸带的选取，我们分两种情况加以说明： 用 mv2=mgh验证：这是以纸带上第一点(起始点) 为基准点验证机械能守恒定律的方法.由于第一点 应是重物做自由落体运动开始下落的点，所以应选 取点迹清晰且第1、2两点间的距离接近2 mm的纸 带.

用 验证： 这是回避起始点，在纸带上选择后面的某两点验证 机械能守恒定律的方法.由于重力势能的相对性， 处理纸带时选择适当的点为基准点，势能的大小不 必从起始

点开始计算.这样，纸带上打出起始点O 后的第一个0.02 s内的位移是否接近2 mm,以及第 一个点是否清晰也就无关紧要了.实验打出的任何 一条纸带，只要后面的点迹清晰，都可以用于验证 机械能是否守恒.

当然，实验开始时如果不是用手提着纸带的上端， 而是用夹子夹住纸带的上端，待开始打点后再松开 夹子释放纸带，打点计时器打出的第一个点的点迹 清晰，计算时从第一个计时点开始至某一点的机械 能守恒，其误差也不会太大.回避第一个计时点的 原因也包括实验时手提纸带的不稳定，使第一个计 时点打出的点迹过大，从而使测量误差加大. 2.速度的测量：做匀变速直线运动的纸带上某点 的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度.

七、实验误差分析 重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸带与 计时器之间的摩擦力.计时器平面不在竖直方向， 纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原 因.电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器.由 于阻力的存在，重物动能的增加量稍小于势能的减 少量，即Ek<Ep. 交流电的频率f不是50 Hz也会带来误差.若f>50 Hz, 由于速度值仍按频率为50 Hz计算，频率的计算值 比实际值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小， 动能值也就偏小，使Ek<Ep的误差进一步加大；根 据同样的道理，若f<50 Hz,则可能出现Ek>Ep的结 13果.

八、实验注意事项 1.做好本实验的关键是尽量减少重物下落时纸带 所受到的阻力.实验设备安装时，为使纸带受到的 阻力尽可能小，计时器必须固定，并且计时器平面 应在竖直方向，使其两限位孔在同一竖直平面内， 以尽量减少重物带着纸带下落时所受到的阻力作 用. 2.实验时，需保持提纸带的手不动，必须先接通 电源，让打点计时器工作正常后才松开纸带让重物 下落，以保证第一个点是一个清晰的点.14

3.实验中选取纸带应注意两点：一是第一点O为 计时起点，O点的速度应为零.怎样判别呢？因为 打点计时器每隔0.02 s打点一次，在最初的0.02 s内 物体下落距离应为0.002 m,所以应从几条纸带中 选择第一、二两点间距离接近2 mm的纸带进行测 量；二是在纸带上所选的点就是连续相邻的点，每 相邻两点时间间隔t=0.02 s. 4.测量下落高度时，必须从起始点算起，不能搞 错，为了减少测量h值的相对误差，选取的各个计 数点要离起始点远一些，纸带也不宜过长，有效长 度可在60~80 cm之内.15

5.因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体 数值，所以不必测量物体的质量m,而只需验证 =ghn就行了.