第五章 实验六 验证机械能守恒定律

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一、实验目的 验证机械能守恒定律. 验证机械能守恒定律. 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 .在只有重力做功的自由落体运动中， 和动能互相转化，但总的机械能保持不变.若物体某 和动能互相转化，但总的机械能保持不变. 时刻瞬时速度为v,下落高度为 ， 时刻瞬时速度为 ，下落高度为h,则重力势能的减少 量为mgh,动能的增加量为 ， 量为 mv2,看它们在实验误

差允许的范围内是否相等， 差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守 恒定律. 恒定律.

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2.速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度 .速度的测量： 等于相邻两点之间的平均速度v 等于相邻两点之间的平均速度 t=2t

计算打第n个点速度的方法：测出第 个点与相邻前后 计算打第 个点速度的方法：测出第n个点与相邻前后 个点速度的方法 点间的距离x 由公式v 点间的距离xn和xn+1,由公式vn= + 算出，如图实- - 所示 所示. 算出，如图实-6-1所示. 或vn=

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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， 铁架台 含铁夹),打点计时器，学生电源，纸带，复 含铁夹 写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹 . 写纸，导线，毫米刻度尺，重物 带纸带夹). 带纸带夹 四、实验操作 1.实验步骤 . (1)安装置：按图实-6-2所示将检查、 安装置：按图实- - 所示将检查 所示将检查、 安装置 调整好的打点计时器竖直固定在铁架 台上，接好电路. 台上，接好电路.

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(2)打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端 打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上， 打纸带 穿过打点计时器的限位孔， 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， 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. 让重物带着纸带自由下落. 更换纸带重复做3~ 次实验 次实验. 更换纸带重复做 ~5次实验. (3)选纸带：分两种情况说明 选纸带： 选纸带

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①用

mvn2=mghn验证时，应选点迹清晰，且1、2两 验证时，应选点迹清晰， 、 两

点间距离小于或接近2 的纸带. 点间距离小于或接近 mm的纸带.若1、2两点间的距 的纸带 、 两点间的距 离大于2 离大于 mm,这是由于先释放纸带后接通电源造成 ， 个点就不是运动的起始点了， 的.这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸 这样， 个点就不是运动的起始点了 带不能选. 带不能选.

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②用

mvB2-

mvA2=mgΔh验证时，由于重力势能 验证时， 验证时

的相对性，处理纸

带时，选择适当的点为基准点， 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大于 mm就无关 两点间的距离是否大于2 纸带上打出的第 、 两点间的距离是否大于 就无关 紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用. 紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用.

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2.数据处理 . (1)测量计算 测量计算 在起始点标上0,在以后各点依次标上 、 、 …… ……用 在起始点标上 ，在以后各点依次标上1、2、3……用 刻度尺测出对应下落高度h 刻度尺测出对应下落高度 1、h2、h3…… 利用公式v 利用公式 n= 计算出点1、 计算出点 、点2、点3、…… 、 、

的瞬时速度v1、v2、v3…… 的瞬时速度

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(2)验证守恒 验证守恒 法一：利用起始点和第 点计算 代入gh 点计算. 法一：利用起始点和第n点计算.代入 n和 如果在实验误差允许的条件下， 如果在实验误差允许的条件下，ghn= 械能守恒定律是正确的. 械能守恒定律是正确的. 法二：任取两点计算. 法二：任取两点计算. ①任取两点A、B测出 AB,算出ghAB. 任取两点 、 测出h 算出 测出 ②算出 vB2- vA2的值. 的值. vB2- vA2, ③在实验误差允许的条件下，如果ghAB= 在实验误差允许的条件下，如果 则机械能守恒定律是正确的. 则机械能守恒定律是正确的. vn2,

vn2,则机

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法三：图象法.从纸带上选取多个点， 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,并计算各点速度的平方 其余各点的下落高度 ，并计算各点速度的平方v2,然后 以 v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出 为纵轴， 为横轴， 为横轴 v2

图线. -h图线.若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜 图线 率为g的直线，则验证了机械能守恒. 率为 的直线，则验证了机械能守恒. 的直线

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五、注意事项 1.打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面 .打点计时器要稳定地固定在铁架台上， 与纸带限位孔调整到竖直方向，以减小摩擦阻力. 与纸带限位孔调整到竖直方向，以减小摩擦阻力. 2.重物要选用密度大、体积小的物体，这样可以减小空气 .重物要选用密度大、体积小的物体， 阻力的影响，从而减小实验误差. 阻力的影响，从而减小实验误差. 3.实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待 .实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直， 接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带. 接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带.

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4.速度不能用vn=gtn或vn= .速度不能用

计算， 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 ，机械能当然守恒， 械能守恒定律，况且用 计算出的速度比实际值大， 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 会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响， 能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算. 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 ，也只能用刻度尺直接测量， 道理，重物下落的高度h,也只能用刻度尺直接测量，而不 能用h 能用 n= gtn2或hn= 计算得到. 计算得到.

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六、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 空气阻力、打点计时器阻力 做功 做功， 空气阻力 ΔEk稍小于重力势能的减少量 p,即ΔEk<ΔEp,这 稍小于重力势能的减少量ΔE 属于系统误差.改进的办法是调整器材的安装，尽可 属于系统误差.改进的办法是调整器材的安装， 能地减少阻力. 能地减少阻力. 2.本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误 .本实验的另一个误差来源于长度的测量， 点量起， 差.减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一 减小误差的办法是测下落距离时都从 点量起 次将各打点对应的下落高度测量完. 次将各打点对应的下落高度测量完.或者采用多次测 量取平均值来减小误差. 量取平均值来减小误差.

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(2010茂名模拟 在“验证机械能守恒定律”的 茂名模拟)(1)在 验证机械能守恒定律” 茂名模拟 实验中，有如下可供选择的实验器材：铁架台、 实验中，有如下可供选择的实验器材：铁架台、打点计时 器以及复写纸、纸带、低压直流 …… 此处隐藏：2627字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……