實(shí)驗(yàn)《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》

1、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)習(xí)材料時(shí)間：2021.03.09創(chuàng)作：歐陽(yáng)法教學(xué)目的：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)器材: 鐵架臺(tái)、鐵夾子、重錘、毫米刻度尺、紙帶、打點(diǎn)計(jì) 時(shí)器（若選用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，還需要低壓交流電 源）實(shí)驗(yàn)原理：在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，重力 勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程中機(jī)械能守 恒，即重力勢(shì)能的減少量等于動(dòng)能的增加量。 若物體由靜止下落的高度h時(shí)，其速度為v,則 iHQh = mv2有 2在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)出重錘由靜止下丄2落高度h時(shí)的速度v,算出gh是否等于戸，則可得出gh是否等于2-mv2若在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)二者相等，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)步驟：1、把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架

2、臺(tái)上，并連接到電源 上。2、把重錘用夾子固定在紙帶的一端，紙帶的另一端 穿過(guò)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重錘停 靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。3、先接通電源，后松開(kāi)紙袋帶，讓重錘帶著紙帶自 由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器便在紙帶上打下一系列的點(diǎn)跡。4、重復(fù)3次，得到3條打上點(diǎn)的紙帶。5、從三條打上點(diǎn)的紙帶中挑選出點(diǎn)跡清晰且第一、 二點(diǎn)間的距離接近2mm的紙帶。6、在挑選出的紙帶中，記下第一個(gè)點(diǎn)的位置（），并 在紙帶上離（）點(diǎn)較遠(yuǎn)的任意點(diǎn)開(kāi)始，依次選取連續(xù) 的幾個(gè)點(diǎn)，并依次標(biāo)上1、2、3、4、5,分別測(cè)出1、2、3、4、5各點(diǎn)到（）點(diǎn)的距離町、h2s hv h斗、 h5,并把記在下面表格中，這些距離分別是打下

3、1、2、3、4、5個(gè)點(diǎn)時(shí)重錘下落的高度。位置gh結(jié)論1237、利用勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間內(nèi)中點(diǎn)時(shí)刻的速度的規(guī)律，應(yīng)用公式2?。ù颂嶵二0.02s）,分別算出2、3、4各點(diǎn)對(duì)應(yīng)得速度叫、叫、叫。8、計(jì)算2、3、4各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的必和空卞，并進(jìn)行比較，從而得出噸九與是否相等。9、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。注意事項(xiàng)：1、鐵架臺(tái)上固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的夾子不可伸出太長(zhǎng)， 以防鐵架臺(tái)翻倒。2、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)夾緊在鐵架臺(tái)上，確保在實(shí)驗(yàn)過(guò)程 中不會(huì)晃動(dòng)。計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔必須在同一豎直線(xiàn) 上，以減少紙帶與限位孔間的摩擦阻力。3、打點(diǎn)前紙帶必須平直，不要卷曲，紙帶上端要用 手提著靜止，重錘應(yīng)?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附

4、近。4、實(shí)驗(yàn)時(shí)先通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器穩(wěn)定后才松開(kāi)紙 帶5、選用紙帶時(shí)應(yīng)盡量挑選第一、二點(diǎn)的距離接近 2mm的紙帶（因?yàn)樽杂陕潴w運(yùn)動(dòng)的最初0.02s內(nèi)下落5 = 1T2 = 1x9.8x 0.02% = 1.96m 的距離2、2）6、選取得各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3離起始點(diǎn)應(yīng)適當(dāng) 遠(yuǎn)些，以減小測(cè)量下落高度h時(shí)的相對(duì)誤差。7、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不需要測(cè)重錘的質(zhì)量m8、為減少阻力的影響，重物應(yīng)選用密度大些的便于 夾緊紙帶的物體。誤差分析本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過(guò)程中要克服 各種阻力（空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力）做功，故動(dòng)能 的增加量力氏稍重力勢(shì)能的減少量4印，即AEk<A Ep,這屬于系統(tǒng)誤差.改進(jìn)的辦法是

5、調(diào)整器材的安 裝，冬可能地減小阻力.本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)誤差來(lái)源于長(zhǎng)度的測(cè)量，屬 偶然誤差.減小誤差的辦法是測(cè)下落距離時(shí)都從（）點(diǎn) 量起，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完.或者多 次測(cè)量取平均值來(lái)減小誤差.（3）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的誤差 由于交流電周期的變化，引起打點(diǎn)時(shí)間間隔變化而產(chǎn)生誤差； 讀數(shù)點(diǎn)選擇不好，振動(dòng)片振動(dòng)不均勻，紙帶 放置方法不正確引起摩擦，均可造成實(shí)驗(yàn)誤差.例：在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，得到 如下圖所示的一條紙帶，（）點(diǎn)是紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)， A、B、C、D是連續(xù)的四個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D到（） 點(diǎn)的距離分別為 62.99cm、70.18cm、77.76cm、 85.73cmo實(shí)驗(yàn)過(guò)程所

6、用電源頻率為50HZ,重錘質(zhì)量 為lKg,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.8 m/s2o從記錄（）點(diǎn)到記錄C點(diǎn)的過(guò)程中，重錘重力勢(shì)能 減少了多少？動(dòng)能增加了多少？（保留三位有效數(shù) 字） 由可得到什么實(shí)驗(yàn)結(jié)論?解：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的周期r = 7 = 50，S=0°2S()點(diǎn)到記錄C點(diǎn)，重錘的高度下降C點(diǎn)時(shí)重錘的瞬h=()C=77.76cm二().7776m ,重力bEp = mgh = 1 x9.8x0.7776$ = 7.62J扌丁 下V = 時(shí)速度C 2T 2TBD OD-OB °&73-0.7018% = 3& 彰2x0.02'，記錄o點(diǎn)時(shí)重錘速度v°

7、;=o,從記錄O點(diǎn)到記錄C點(diǎn)重瓦=-m Vc2 - - mK2 = - x 1 x 3.8882 J = 7.56 J 錘動(dòng)能的增加量2 ' 22總結(jié)：在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，遲=叫,故重錘在 下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。實(shí)驗(yàn)與練習(xí)：1、在以上例題中，從記錄B點(diǎn)到C點(diǎn)的過(guò)程中，重 錘的重力勢(shì)能減少了多少？動(dòng)能增加了多少？2、在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中(1) 研究對(duì)象是自由落體運(yùn)動(dòng)的重物，除下列器材：鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、重錘、夾子、 導(dǎo)線(xiàn)外，還需要用下列器材(2) 挑選紙帶的原則是asb、(3) 做此實(shí)驗(yàn)時(shí)，有同學(xué)按以下步驟進(jìn)行 固定好打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，將連有重物的紙帶穿過(guò)限位 孔，用手提住紙帶，讓手盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 松開(kāi)紙帶、接通電源，開(kāi)始打點(diǎn)，并如此重復(fù)多 次，得到幾條打上點(diǎn)的紙帶。 取下紙帶，挑選點(diǎn)跡清晰的紙帶，記下起始點(diǎn)（），在離（）點(diǎn)較近處選取幾個(gè)連續(xù)的計(jì)時(shí)點(diǎn)，測(cè)出各點(diǎn)距（）點(diǎn)的距離，即重物的下落高度。 計(jì)算記錄各點(diǎn)時(shí)重物的速度 用天平稱(chēng)出物體的質(zhì)量 計(jì)算出噸九與的值?？炊呤欠裣嗟取Ｔ谝陨喜襟E中，多余的是錯(cuò)誤的是（給予更正）2、b、C.3、如何從本實(shí)驗(yàn)中推出重物下落過(guò)程中所受空氣阻力的大??？寫(xiě)出相應(yīng)公式。4、在處理紙