.,實驗6：驗證機械能守恒定律,一、實驗目的驗證機械能守恒定律。,二、實驗原理1.由紙帶記錄重物的運動，并得到下落高度為h時，重物的瞬時速度v。比較自由下落過程中，減少的重力勢能mgh和增加的動能1/2mv2，看它們在實驗誤差允許的范圍內是否相等，若相等，則驗證了機械能守恒。2.計算打第n個點速度的方法：測出第n個點與相鄰前后點間距離xn和xn+1，由公式vn=(xn+xn+1)/(2T)或vn=(hn+1-hn-1)/(2T)算出，如圖5-5-1所示。,三、實驗器材鐵架臺(含鐵夾)、計時器(電火花計時器或電磁打點計時器)、學生電源、紙帶及復寫紙片、導線、毫米刻度尺、重物(帶紙帶夾)。,.,四、實驗步驟1.按圖5-5-2把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導線把打點計時器與學生電源連接好。2.把紙帶的一端在重物上用夾子固定好，另一端穿過打點計時器限位孔，用手豎直提起紙帶使重物停靠在打點計時器附近。3.先接通電源，后松手讓重物帶著紙帶自由下落。4.重復幾次，得到35條打上點的紙帶。5.在打出的紙帶中挑選出一條點跡清晰，且第1、2兩打點間距離接近2mm的紙帶，在第一個打點上標出O，并從稍靠后的某一點開始，依次標出1、2、3、4、，并量出各點到位置O的距離h1、h2、h3、h4、，并記入表格中。6.用公式vn=(hn+1-hn-1)/(2T)計算出各點對應的瞬時速度v1、v2、v3、v4、，并記錄在表格中。7.計算打各點時重力勢能的減少量mghn和動能的增加量1/2mvn2，并進行比較，看是否相等。將計算數值填入表格中。,圖5-5-2,.,五、注意事項1.應盡可能控制實驗條件，即應滿足機械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力，采取的措施有：(1)鐵架臺應豎直安裝，可使紙帶所受阻力減小；(2)應選用質量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。2.應先打開電源，讓打點計時器開始打點穩定后，再放開紙帶讓重物下落。3.選取紙帶的原則是：(1)點跡清晰；(2)所打點呈一條直線；(3)第1和第2兩打點間距離接近2mm。六、誤差分析1.本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量1/2mv2稍小于重力勢能的減少量mgh，這是不可避免的，這屬于系統誤差，改進的辦法是調整器材的安裝，盡可能地減小阻力。2.本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬于偶然誤差，可以通過改變長度的測量方法，或者多次測量取平均值來減小誤差。,.,【例1】關于驗證機械能守恒定律實驗，下面列出一些實驗步驟：A.用天平稱出重物和夾子的質量B.將重物系在夾子上C.將紙帶穿過打點計時器，上端用手提著，下端夾在系有重物的夾子上，再把紙帶向上拉，讓夾子靜止靠近打點計時器處D.把打點計時器接在學生電源的交流輸出端，把輸出電壓調至6V(電源暫不接通)E.把打點計時器用鐵夾固定到放在桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直線上F.在紙帶上選取幾個點，進行測量并記錄數據G.用秒表測出重物下落時間H.接通電源，待打點計時器工作穩定后釋放紙帶I.切斷電源J.更換紙帶，重新進行兩次實驗K.在三條紙帶中，選出較好的一條L.進行計算，得出結論，完成實驗報告M.拆下導線，整理器材對于本實驗以上步驟中，不必要的有_；正確步驟的合理順序是_(填寫代表字母)。,熱點一實驗原理和操作,【名師支招】熟悉本實驗的原理和操作步驟是解題的關鍵。,【解析】根據實驗原理和操作步驟可知不必要的有A、G；正確步驟的合理順序是E、D、B、C、H、I、J、K、F、L、M,AG,EDBCHIJKFLM,.,1,某位同學做“驗證機械能守恒定律”的實驗，下列操作步驟中錯誤的是()A.把打點計時器固定在鐵架臺上，用導線連接到低壓交流電源B.將連有重錘的紙帶穿過限位孔，將紙帶和重錘提升到一定高度C.先釋放紙帶，再接通電源D.更換紙帶，重復實驗，根據記錄處理數據,C,.,【例2】某同學做“驗證機械能守恒定律”實驗時不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分破壞了。測出剩下的一段紙帶上的各個點間的距離如圖5-5-3所示。已知打點計時器的工作頻率是50Hz，重力加速度g=9.8m/s2。(1)利用這段紙帶說明重錘通過2、5兩點時機械能守恒。(2)分析說明為什么得到的結果是重力勢能減少量Ep稍大于重錘動能的增加量Ek。,【名師支招】掌握本實驗的數據處理方法和誤差產生的原因。,【解析】(1)Ep=mgh25Ek=1/2mv52-1/2mv22由已知數據計算比較可得Ek和Ep近似相等，即重錘減少的重力勢能近似等于重錘增加的動能，可以認為機械能守恒定律成立。(2)由以上計算可以看出，瞬時速度v2和v5的計算是準確的，即Ek是準確的，而重錘下落的過程中要克服阻力做功，從而減少一部分機械能。即Ep稍大于Ek。,圖5-5-3,熱點二數據的處理和誤差分析,.,2,在利用電磁打點計時器(電磁打點計時器所用電源頻率為50Hz)“驗證機械能守恒定律”的實驗中：(1)某同學用圖5-5-4所示裝置進行實驗，得到如圖5-5-5所示的紙帶，把第一個點(初速度為零)記作O點，測出點O、A間的距離為68.97cm，點A、C間的距離為15.24cm，點C、E間的距離為16.76cm，已知當地重力加速度為9.8m/s2，重錘的質量為m=1.0kg，則打點計時器在打O點到C點的這段時間內，重錘動能的增加量為_J，重力勢能的減少量為_J。(2)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a=_m/s2。(3)在