高考實驗：驗證機械能守恒定律

1、.*;高考實驗：驗證機械能守恒定律 高考物理實驗部分對于學(xué)生動手才能要求越來越高，不但要懂得原理，同時還要能對于一些實驗改進措施有所理解。學(xué)會利用自由落體運動驗證機械能守恒定律，純熟掌握應(yīng)用計時器打紙帶研究物體運動的方法。純熟驗證機械能守恒定律的實驗原理和步驟。一、實驗原理物體在自由下落過程中，重力勢能減少，動能增加。假如忽略空氣阻力，只有重力做功，物體的機械能守恒，重力勢能的減少等于動能的增加。設(shè)物體的質(zhì)量為m，借助打點計時器打下紙帶，由紙帶測算出至某時刻下落的高度h及該時刻的瞬時速度v;進而求得重力勢能的減少量Ep=mgh和動能的增加量EK=1/2mv2;比較Ep和EK，假設(shè)在誤差允許的范

2、圍內(nèi)相等，即可驗證機械能守恒。測定第n點的瞬時速度vn：根據(jù)“物體做勻變速直線運動，在某段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度，用公式vn=hn+1-hn-1/2T計算T為打下相鄰兩點的時間間隔。二、實驗器材電火花計時器或電磁打點計時器，交流電源，紙帶復(fù)寫紙片，重物帶紙帶夾子，導(dǎo)線，刻度尺，鐵架臺帶夾子。三、實驗步驟1按圖裝置固定好計時器，并用導(dǎo)線將計時器接到電壓適宜的交流電源上電火花計時器要接到220 V交流電源上，電磁打點計時器要接到4 V6 V的交流低壓電源上。2將紙帶的一端用小夾子固定在重物上，使另一端穿過計時器的限位孔，用手豎直提著紙帶，使重物靜止在靠近計時器的地方。3接通

3、電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計時器就在紙帶上打下一系列小點。4換幾條紙帶，重做上面的實驗。5從幾條打上了點的紙帶上挑選第一、二兩點間的間隔 接近2 mm且點跡明晰的紙帶進展測量。6在挑選出的紙帶上，先記下打第一個點的位置0或A，再任意選取幾個點1、2、3或B、C、D等，用刻度尺量出各點到0的間隔 h1、h2、h3等，如下圖。7用公式vn=hn+1-hn-1/2T計算出各點對應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v3等。8計算出各點對應(yīng)的勢能減少量mghn和動能的增加量1/2mvn2的值，進展比較，得出結(jié)論。四、實驗記錄五、實驗結(jié)論在只有重力做功的情況下，物體的重力勢能和動能可以互相轉(zhuǎn)化，但機械能的總量保

4、持不變。六、實驗本卷須知1計時器要豎直地架穩(wěn)、放正。架穩(wěn)就是要結(jié)實、穩(wěn)定。重物下落時它不振動;放正就是使上下兩個限位孔在同一豎直平面內(nèi)一條豎直線上與紙帶運動方向一樣，以減小紙帶運動時與限位孔的摩擦可用手提住固定好重物的紙帶上端，上下拉動紙帶，尋找一個手感阻力最小的位置。2打點前的紙帶必須平直，不要卷曲，否那么紙帶在下落時會卷到計時器的上邊緣上，從而增大了阻力，導(dǎo)致實驗誤差過大。3接通電源前，提紙帶的手必須拿穩(wěn)紙帶，并使紙帶保持豎直，然后接通電源，待計時器正常工作后，再松開紙帶讓重物下落，以保證第一個點跡是一個明晰的小點。4對重物的要求：選用密度大、質(zhì)量大些的物體，以減小運動中阻力的影響使重力遠

5、大于阻力。5紙帶的挑選：應(yīng)挑選第一、二兩點間的間隔 接近2 mm且點跡明晰的紙帶進展測量。這是因為：本實驗的前提是在重物做自由落體運動的情況下，通過研究重力勢能的減少量與動能的增加量是否相等來驗證機械能是否守恒的，故應(yīng)保證紙帶重物是在打第一個點的瞬間開場下落。計時器每隔O.02 s打一次點，做自由落體運動的物體在最初0.02 s內(nèi)下落的間隔 h1=1/2gt2=1/29.80.022m=0.002 m=2 mm，所以假設(shè)紙帶第一、二兩點間的間隔 接近2 mm，就意味著重物是在打第一個點時的瞬間開場下落的，從而滿足本次實驗的前提條件打第一個點物體的初速度為零，開場做自由落體運動。6測量下落高度時

6、，必須從起點o量起。為了減小測量的相對誤差，選取的計數(shù)點要離O點適當(dāng)遠些紙帶也不宜過長，其有效長度可在60 cm80 cm以內(nèi)。7本實驗并不需要知道重力勢能減少量和動能增加量的詳細數(shù)值，只要對mgh與1/2mv2進展比較實際上只要驗證1/2v2=gh即可以到達驗證機械能守恒的目的，所以不必測出重物的質(zhì)量。七、誤差分析1做好本實驗的關(guān)鍵是盡量減小重物下落過程中的阻力，但阻力不可能完全消除。本實驗中，誤差的主要來源是紙帶摩擦和空氣阻力。由于重物及紙帶在下落中要不斷地抑制阻力做功，因此物體動能的增加量必稍小于重力勢能的減少量，這是系統(tǒng)誤差。減小系統(tǒng)誤差的方法有選用密度大的實心重物，重物下落前紙帶應(yīng)保持豎