实验验证机械能守恒定律 【知识准备】 1实验目的 验证机械守恒定律 实验器材: 铁架台(带铁夹),打点计时器,重锤(带纸带夹子);纸带数条,复写纸片,毫米刻度尺 3实验原理 物体只在重力作用下自由落体时,物体机械能守恒,即减少的重力势能等于增加的动能。 如果物体下落高度h时速度为v则有 。借助于打了点的纸带测出物 体下降的高度h和对应速度v即可验证物体 自由下落时机械能是否守恒。 测定第n点的瞬时速度的方法是:测出第 n点前后两段相等时间T内下落的距离S Sn Sn+1 由公式 求出,如图1所 图1 4实验步骤 (1)在铁架台上安装好 (2)将纸带的一端固定在重锤的夹子上,另一端穿过打点计时器的 ,用竖直提 起的纸带使重锤靠在 _附近 (3)先_ ,让重锤自由下落。 (4)换上新纸带 得到几条打好的纸带 (5)选择点迹清晰,且第一、二两点间距离接近 的纸带,起始点标O,依次确 定几个计算点1、2、3. (6)用刻度尺测量下落高度h1、h、h3,计算各计数点对应的重锤瞬时 (7)计算各计数点对应的势能减少量和动能增加,进行比较 5注意事项 (1)打点计时器的安装要稳固,并使两限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力 (2)实验中,需保持提纸带的手不动,待接通电源,打点计时器工作稳定后再松开纸带让 重物下落 (3)选取纸带时,本着点迹清晰且第一、二两点间距离接近2mm的原则(为什么? (4)测下落高度时,须从起点量起,并且各点下落的高度要一次测定 (5)不需测出物体质量,只需验证v2=gh就行. (6)重锤要选密度大的,体积小的 【教材助读】 J实验原理的理解 (1)因为打点计时器每隔0.02s打点一次,在最初的002s内物体下落距离应为0002m, 所以应从几条纸带中尽量挑选点迹清晰呈一直线且第一、二点间接近2mm的纸带进行测 量;二是在纸带上所选的点应该是连续相邻的点,每相邻两点时间间隔t=0.02s. (2)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v22=gh就行了。 实验操作注意事项: (1)打点计时器要竖直架稳,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)必须先接通电源,让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落 (3)测量下落高度时,必须从起始点算起,不能搞错,为了减小测量h值的相对误差, 本卷第1页(共页)
本卷第1页（共4页） 实验:验证机械能守恒定律 【知识准备】 1.实验目的： 验证机械守恒定律。 2.实验器材： 铁架台（带铁夹），打点计时器，重锤（带纸带夹子）；纸带数条，复写纸片，毫米刻度尺； 3.实验原理： 物体只在重力作用下自由落体时，物体机械能守恒，即减少的重力势能等于增加的动能。 如果物体下落高度 h 时速度为 v，则有 。借助于打了点的纸带测出物 体下降的高度 h 和对应速度 v，即可验证物体 自由下落时机械能是否守恒。 测定第 n 点的瞬时速度的方法是：测出第 n 点前后两段相等时间 T 内下落的距离 Sn、 Sn+1， 由公式 求出，如图 1 所 示。 4.实验步骤 （1）在铁架台上安装好 。 （2）将纸带的一端固定在重锤的夹子上，另一端穿过打点计时器的 ，用竖直提 起的纸带使重锤靠在 附近。 （3）先 ，再 ，让重锤自由下落。 （4）换上新纸带， ，得到几条打好的纸带。 （5）选择点迹清晰，且第一、二两点间距离接近 的纸带，起始点标 O，依次确 定几个计算点 1、2、3…… （6）用刻度尺测量下落高度 h1、h2、h3……，计算各计数点对应的重锤瞬时 。 （7）计算各计数点对应的势能减少量和动能增加，进行比较。 5.注意事项： （1）打点计时器的安装要稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力. （2）实验中，需保持提纸带的手不动，待接通电源，打点计时器工作稳定后再松开纸带让 重物下落. （3）选取纸带时，本着点迹清晰且第一、二两点间距离接近 2mm 的原则（为什么？）. （4）测下落高度时，须从起点量起，并且各点下落的高度要一次测定. （5）不需测出物体质量，只需验证 vn 2 /2=ghn 就行. （6）重锤要选密度大的，体积小的. 【教材助读】 1．实验原理的理解： （1）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尽量挑选点迹清晰呈一直线且第一、二点间接近 2 mm 的纸带进行测 量；二是在纸带上所选的点应该是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔 t =0.02 s. （2）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 vn 2 /2=ghn 就行了。 2．实验操作注意事项： （1）打点计时器要竖直架稳，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）必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落。 （3）测量下落高度时，必须从起始点算起，不能搞错，为了减小测量 h 值的相对误差， O n Sn Sn+1 图 图 7-8-1 1
选取的各个计数点要离起始点远一些,纸带也不易过长,有效长度可在60cm-80cm之内 3.误差分析: (1)本实验的误差主要来源于纸带数据的处理上及点与点测量的读数上的误差和各种 阻力产生的误差。还有注意必须先接通电源后放开纸带 2)实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功,所以动能的增加量要小于势能的减少 (3)在验证机械能守恒的定律时,如果以2为纵轴,h为横轴根据实验数据绘出的2h 图 线应是过原点的直线,才能验证机械能守恒 h图的斜率等于g的数值 【实验操作】 1.自主设计表格,记录实验数据 2.数据处理 3实验结论及反思 本卷第2页(共页)
本卷第2页（共4页） 选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在 60cm-80cm 之内. 3．误差分析： （1）本实验的误差主要来源于纸带数据的处理上,及点与点测量的读数上的误差和各种 阻力产生的误差。还有注意必须先接通电源后放开纸带. （2）实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，所以动能的增加量要小于势能的减少 量. （3）在验证机械能守恒的定律时，如果以 2 2 1 v 为纵轴，h 为横轴,根据实验数据绘出的 2 2 1 v —h 图 线应是过原点的直线，才能验证机械能守恒。 2 2 1 v —h 图的斜率等于 g 的数值。 【实验操作】 1. 自主设计表格，记录实验数据 2. 数据处理 3.实验结论及反思
【实验探究】 探究1在验证机械能守恒定律的实验中,得到了一条如图2所示的纸带,纸带上的点记录 了物体在不同时刻的位置,当打点计时器打点4时,物体的动能增加的表达式为△Ek= 物体重力势能减小的表达式为△ ,实验中是通过比较 来验证机械能守恒定律的(设交流电周期为T) 图2 做《验证机械能守恒定律》的实验中,纸带上打出的点如图3所示,若重物的质量为m,图 中点P为打点计时器打出的第一个点,则从起点P到打下点B的过程中,重物的重力势能的 减小量 AEP= J重物的动能的增加量AEk=J(打点计时器的打点周期为0.02s g=9.8m/s2, .14 单位cn 5.01 探究2下面列出一些实验步骤 7.06 用天平测出重物和夹子的质量 B.将重物系在夹子上; 图3 C.将纸带穿过计时器,上端用手提着,下端夹上系住重物的夹子再把纸带向上拉,让夹子 靠近打点计时器; D.拆下导线,整理器材 E.打点计时器固定放在桌边的铁架台上,使两个限位孔在同一竖直线上; 在纸带上选取几个点,进行测量和记录数据; 用秒表测出重物下落的时间 H.接通电源待计时器响声稳定后释放纸带; 切断电源 J.更换纸带,重新进行两次; K.在三条纸带中选出较好的一条 进行计算,得出结论,完成实验报告; 以上步骤,不必要的有 正确步骤的合理顺序是 某同学按照正确的操作选得纸带如图4其中0 是起始点,A、B、C是打点计时器连续打下的 9.51 l2.42 3个点该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C 各点的距离并记录在图中(单位cm) 图4 (1)这三个数据中不符合有效数字读数要求 的是,应记作 (2)该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒,已知当地的重力加速度g=980m/s2 他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度,则该段重锤重力势能的减少量为 ,而动能的增加量为 (均保留3位有效数字,重锤质量用m表示)这样验 证的系统误差总是使重力势能的减少量 动能的增加量,原因是 (3)另一位同学根据同一条纸带,同一组数据,也用重锤在OB段的运动来验证机械能守 恒,不过他数了一下:从打点计时器打下的第一个点O数起,图中的B是打点计时器打下的 本卷第3页(共页)
本卷第3页（共4页） 【实验探究】 探究 1 在验证机械能守恒定律的实验中，得到了一条如图 2 所示的纸带，纸带上的点记录 了物体在不同时刻的位置，当打点计时器打点 4 时，物体的动能增加的表达式为△Ek = 物 体 重 力 势 能 减 小 的 表 达 式 为 △EP= ， 实 验 中 是 通 过 比 较 来验证机械能守恒定律的（设交流电周期为 T）. 做《验证机械能守恒定律》的实验中，纸带上打出的点如图 3 所示，若重物的质量为 m，图 中点 P 为打点计时器打出的第一个点，则从起点 P 到打下点 B 的过程中，重物的重力势能的 减小量 ΔEP= J，重物的动能的增加量 ΔEK= J.（打点计时器的打点周期为 0.02s， g=9.8m/s2， 探究 2 下面列出一些实验步骤 A．用天平测出重物和夹子的质量； B．将重物系在夹子上； C．将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子.再把纸带向上拉，让夹子 靠近打点计时器； D．拆下导线，整理器材. E．打点计时器固定放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上； F．在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据； G．用秒表测出重物下落的时间； H．接通电源待计时器响声稳定后释放纸带； I．切断电源； J．更换纸带，重新进行两次； K．在三条纸带中选出较好的一条； L．进行计算，得出结论，完成实验报告； 以上步骤，不必要的有 ，正确步骤的合理顺序是 探究 3 在用落体法验证机械能守恒定律时， 某同学按照正确的操作选得纸带如图 4.其中 O 是起始点，A、B、C 是打点计时器连续打下的 3 个点.该同学用毫米刻度尺测量 O 到 A、B、C 各点的距离,并记录在图中(单位 cm). ⑴这三个数据中不符合有效数字读数要求 的是_____ ,应记作_______cm. ⑵该同学用重锤在 OB 段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度 g=9.80m/s2， 他用 AC 段的平均速度作为跟 B 点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为 _______，而动能的增加量为________，(均保留 3 位有效数字，重锤质量用 m 表示).这样验 证 的 系 统 误 差 总 是 使 重 力 势 能 的 减 少 量 _______ 动 能 的 增 加 量 ， 原 因 是 ___________________________________________. ⑶另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在 OB 段的运动来验证机械能守 恒，不过他数了一下：从打点计时器打下的第一个点 O 数起，图中的 B 是打点计时器打下的 O A B C 9.51 15.7 12.42 图 4 图 3 O…D. 3 4 5 3 D5 D4 图 2
第9个点因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度,得到动能的增加量为 这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量 动能的增加量,原因是 【巩固练习】 1.在验机械能守恒定律的实验中,由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上,使纸带通过 时受到较大阻力,这样会使得() B mgh<-mv C.mgh=1m2D.以上都有可能 7817631449.0(mm) 2.“验证机械能守恒定律的实验用重物自由下落的方法图: (1)用公式m2=mgh时,对纸带上起点的要求 是 为此目的,所选择的纸带 二两点间距应接近 (2)若实验中所用的重锤质量M=1kg,打点纸带0 h 如图5所示,打点时间间隔为002s,则记录B点时,重 B 锤的速度vB 重锤动能EKB 从开 始下落起至B点,重锤的重力势能减少量t2 是 因此可得结论是 (3)根据纸带算出相关各点速度V,量出下落距离 h,则以为纵轴,以h为横轴画出的图线应是图60 的 3.在验证机械能守恒定律的实验中,所用电源的频率为50H,某次实验选择的一条较理想 纸带如图7所示,图中O点为打点计时器的要的第一个点,A、B、C、D分别为每打两个点 取的一个计数点 重锤下落的加速度多大? 若重锤质量为m,则重锤从起始下落到B时,重力势能减少多少? ③重锤下落到B时,动能多大? ④根据上述计算可得到什么结论?产生误差的主要原因是什么? 125019.2528.5038.15(cm) 本卷第4页(共4页)
本卷第4页（共4页） O A B C D 0 12.50 19.25 28.50 38.15 (cm) 图 7-8-2 图 7 O A B C D 0 7.8 17.6 31.4 49.0 (mm) 图 5 第 9 个点.因此他用 vB=gt计算跟 B 点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为________， 这 样 验 证 时 的 系 统 误 差 总 是 使 重 力 势 能 的 减 少 量 _______动 能 的 增 加 量 , 原因是 ______________________________________. 【巩固练习】 1．在验机械能守恒定律的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过 时受到较大阻力，这样会使得（ ） A . 2 2 1 mgh mv B. 2 2 1 mgh mv C. 2 2 1 mgh = mv D .以上都有可能 2．“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法. （1）用公式 mv2 /2=mgh 时，对纸带上起点的要求 是 ，为此目的，所选择的纸带一、 二两点间距应接近 . （2）若实验中所用的重锤质量 M = 1kg，打点纸带 如图 5 所示，打点时间间隔为 0.02s，则记录 B 点时，重 锤的速度 vB = ，重锤动能 EKB = .从开 始 下 落 起 至 B 点 ， 重 锤 的 重 力 势 能 减 少 量 是 ，因此可得结论是 （3）根据纸带算出相关各点速度 V，量出下落距离 h，则以 2 v 2 为纵轴，以 h 为横轴画出的图线应是图 6 中 的 . 3．在验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率为 50HZ，某次实验选择的一条较理想 纸带如图 7 所示，图中 O点为打点计时器的要的第一个点，A、B、C、D 分别为每打两个点 取的一个计数点. ① 重锤下落的加速度多大？ ② 若重锤质量为 m，则重锤从起始下落到 B 时，重力势能减少多少？ ③ 重锤下落到 B 时，动能多大？ ④ 根据上述计算可得到什么结论？产生误差的主要原因是什么？ 2 v 2 h 0 h 0 A B 2 v 2 h 0 h 0 C D 2 v 2 2 v 2 图 6