(鲁科版)《优化方案》高中物理实验实验实验六

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实验六

验证机械能守恒定律

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基础知识梳理

一、实验目的 利用自由落体运动验证只有重力 作用下的物体机械能守恒.

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基础知识梳理二、实验原理 1. 在只有重力做功的自由落体运 动中，物体的重力势能和动能互相转 化，但总的机械能保持不变.若物体 某时刻瞬时速度为 v,下落高度为 h, 则重力势能的减少量为 mgh,动能的 1 2 增加量为 mv ,看它们在实验误差允 2 许的范围内是否相等，若相等则验证 了机械能守恒定律.

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基础知识梳理2.计算打第 n 个点速度的方 法：测出第 n 个点与相邻前后点间 的距离 sn 和 sn + 1 ,由公式 vn = sn+sn+1 hn+1-hn-1 或 vn= 算出，如 2T 2T 图 5-6-1 所示.

图5 -6 -1

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三、实验器材 铁架台(含铁夹)、打点计时器、学 生电源、纸带、复写纸、导线、毫米 刻度尺、重物(带纸带夹).

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基础知识梳理四、实验步骤 1.安装置：按图5- 6-2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 图5-6-2 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.

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3.选纸带：分两种情况说明. (1)应选点迹清晰，且1、2两点间 距离小于或接近2 mm的纸带.若1、2 两点间的距离大于2 mm,这是由于先 释放纸带，后接通电源造成的.这 样，第1个点就不是运动的起始点了， 这样的纸带不能选.

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1 1 2 (2)用 mvB - mvA2=mgΔh 验 2 2 证时，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，这样纸带上打出的第 1、2 两 点间的距离是否为 2 mm 就无关紧 要了，所以只要后面的点迹清晰就 可选用.

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五、数据处理 方法一：利用起始点和第 n 点 1 2 计算. 代入 ghn 和 vn , 如果在实验 2 1 2 误差允许的条件下，ghn 和 vn 相 2 等，则验证了机械能守恒定律.

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基础知识梳理方法二：任取两点计算. (1)任取两点A、B测出hAB,算出 ghAB. 1 2 1 2 (2)算出 vB - vA 的值. 2 2 (3)在实验误差允许的条件下，若 1 2 1 2 ghAB= vB - vA 相等，则验证了机械 2 2 能守恒定律.

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基础知识梳理方法三： 图象法.从纸带上选 取多个点，测量从第一点到其余各 点的下落高度 h, 并计算各点速度的 1 2 2 平方 v ,然后以 v 为纵轴，以 h 为 2 1 2 横轴，根据实验数据绘出 v -h 图 2 线.若在误差允许的范围内图象是 一条过原点且斜率为 g 的直线，则 验证了机械能守恒定律.

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基础知识梳理六、注意事项 1.安装

打点计时器时要竖直架 稳，使其两限位孔在同一竖直平面 内，以减少摩擦阻力. 2.重物应选用质量大、体积小、 密度大的材料. 3.应先接通电源，让打点计时器 正常工作后，再松开纸带让重物下 落. 4.纸带长度应选用60 cm左右为 宜，应选用点迹清晰的纸带进行测 量.

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基础知识梳理5. 速度不能用 vn=gtn 或 vn= 2ghn计 算，因为只要认为加速度为 g,机械能当 然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证 机械能守恒定律， 况且用 vn=gtn 计算出的 速度比实际值大，会得出机械能增加的结 论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该 减小，所以速度应从纸带上直接测量计 算.同样的道理，重物下落的高度 h,也 1 只能用刻度尺直接测量，而不能用 hn= 2 2 v n gtn2 或 hn= 计算得到. 2g

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基础知识梳理七、误差分析 1.本实验中因重物和纸带在下落 过程中要克服各种阻力(空气阻力、打 点计时器阻力)做功，故动能的增加量 ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp,即 ΔEk<ΔEp,这属于系统误差.改进的 办法是调整器材的安装，尽可能地减 小阻力.

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2.本实验的另一个误差来源于长 度的测量，属偶然误差.减小误差的 办法是测下落距离时都从0点量起，一 次将各点对应的下落高度测量完，或 者多次测量取平均值来减小误差.

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八、实验改进设想 物体下落过程中通过某一位置的 速度可以用光电计时器测出来，利用 这种装置验证机械能守恒定律，能消 除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系 统误差.