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高中物理验证机械能守恒定律实验


电火花计 时器

纸带

夹子

重物

实验目的

验证物体做自由落体运动过程中 机械能守恒。 机械能守恒。

实验原理
0 1 2 3 4

1、在只有重力做功的自由落体运动中, 在只有重力做功的自由落体运动中, 物体的重力势能和动能相互转化, 物体的重力势能和动能相互转化,但 总的机械能守恒,若物体某时刻即时 总的机械能守恒, 速度为v,下落高度为h,恒有: 速度为v 下落高度为h 恒有:

1 2 mv = mgh 2

实验原理 2、借助打点记时器,通过 借助打点记时器, 纸带测出重物某时刻高度h 纸带测出重物某时刻高度h 和该时刻的即时速度vt, 和该时刻的即时速度v 即可验证机械能守恒定律。 即可验证机械能守恒定律。
V h

1 2

3

4

0

实验原理
0 1 d2 2 S3 3 d4 S4 4

3、测定第n点的即时速度的方法 测定第n 是:测出第n点的相邻的前、后两 测出第n点的相邻的前、 段相等时间T内下落的距离由下列 段相等时间T 公式算出: 公式算出:

S n + S n +1 vn = 2T

dn+1 ? dn?1 或vn = 2T

实验仪器 铁架台(带铁夹)、 铁架台(带铁夹)、 打点记时器、纸带几条、 打点记时器、纸带几条、 重锤(带纸带夹子)、 重锤(带纸带夹子)、 导线、复写纸片、直尺、 导线、复写纸片、直尺、 学生电源
电火花计 时器 纸带

夹子

重物

实验步骤
(1)按图把打点记时器安装在铁架台 (1)按图把打点记时器安装在铁架台 上,用导线把打点记时器与学生电源 连好。 连好。 (2)把纸带的一端在重锤上用架子固定好, (2)把纸带的一端在重锤上用架子固定好,另一 把纸带的一端在重锤上用架子固定好 端穿过记时器限位孔,用手竖直提起纸带使重锤 穿过记时器限位孔,用手竖直提起纸带使重锤 竖直 停靠在打点记时器附近。 停靠在打点记时器附近。

实验步骤
(3)先接通电源, (3)先接通电源,后松手让重锤带着 先接通电源 纸带下落。 纸带下落。 (4)重复几次, (4)重复几次,得3—5条纸带。 重复几次 条纸带。 (5)在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带, (5)在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带, 在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带 在起始点标上O 以后各依次标上1 在起始点标上O ,以后各依次标上1、2、3….. 用刻度尺测出对应高度h 用刻度尺测出对应高度h1、h2、h3……
第一个间隔,一定要求是 第一个间隔,一定要求是2mm左右吗 左右吗

实验步骤
(6)应用公式 (6)应用公式 计算各点对应的速度 v1、v2、v3... (7)计算各点对应的势能减少量和 (7)计算各点对应的势能减少量和 动能的增加量进行比较。 动能的增加量进行比较。

记录及数据处理

g=9.8m/s2,T=0.02s 。 = =
E h1(OB) h2(OC) D C B ?Ep1=mgh1 ?Ep2=mgh2 ?Ep3=mgh3 A O

h3(OD)

S1(AB)

S2(BC)

S3(CD)

S4(DE)

v1 =

s1 + s 2 2T

v2 =

s2 + s3 2T

v3 =

s3 + s 4 2T

D Ek1 =

1 2 mv1 2

D Ek2 =

1 mv 2 2 2

D Ek3 =

1 mv 2 3 2

注意事项
(1)实验中打点记时器的安装,两纸带限位 实验中打点记时器的安装, 孔必须在同一竖直线上,以减少摩擦力. 孔必须在同一竖直线上,以减少摩擦力. 实验时,必须先接通电源, (2)实验时,必须先接通电源,让打点记时 器工作正常后才松开纸带让重锤下落. 器工作正常后才松开纸带让重锤下落. 打点记时器必须接50Hz交流低压电源. 50Hz交流低压电源 (3)打点记时器必须接50Hz交流低压电源. 必须保留纸带上打出点迹的第一点, (4)必须保留纸带上打出点迹的第一点,且 点间距约为2mm的纸带误差小。 2mm的纸带误差小 第1、2点间距约为2mm的纸带误差小。 (5)实验中,只要验证gh是否等于v2/2即可, 实验中,只要验证gh是否等于v /2即可, gh是否等于 即可 不用测重锤的质量。 不用测重锤的质量。 误差分析:由于重锤克服阻力作功, 误差分析:由于重锤克服阻力作功,所 以动能增加量略小于重力势能减少量。 以动能增加量略小于重力势能减少量。

思维?能力?训练
为进行《验证机械能守恒》实验, 为进行《验证机械能守恒》实验,有下 列器材可选用:铁架台、打点记时器、 列器材可选用:铁架台、打点记时器、复写 纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、电 纸带、秒表、低压直流电源、导线、
秒表、 秒表、天平 键、天平,其中不必的器材是____________ 天平,其中不必的器材是____________ 、低压直流电源 ________________;缺少的器材是______ ________________;缺少的器材是______ 缺少的器材是 低压交流电源 刻度尺、 、刻度尺、重物 __________________。 __________________。

思维?能力?训练
在“验证机械能守恒”的实验中,已知打点记 验证机械能守恒”的实验中, 时器所用的电源的频率50Hz 50Hz, 时器所用的电源的频率50Hz,查得当地重力加速度 测得所用的重物的质量为1.00kg 1.00kg。 为g=9.8m/s2,测得所用的重物的质量为1.00kg。实 验中得到一条如图所示点迹清晰的纸带, 验中得到一条如图所示点迹清晰的纸带,把第一个 点记作O,另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的 点记作O 另选连续的4个点A 经测量知道A 各点到O 点,经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别 62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm, 为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm,根据以 上数据,可知重物由O点运动到C 上数据,可知重物由O点运动到C点,重力势能的减 7.62 7.57 少量等于______ ______焦 动能的增加量等于______ ______焦 少量等于______焦,动能的增加量等于______焦 (取3位有效数字)。 位有效数字)
Vc=3.89m/s

思维?能力?训练
在验证机械能守恒的定律时, 在验证机械能守恒的定律时,如果以 v2/2为纵轴,根据实验数据绘出的v2/2-h /2为纵轴,根据实验数据绘出的v /2为纵轴 图线应是________________, 图线应是________________,才能验证机 ________________ 过原点O的倾斜直线 过原点 的倾斜直线 械能守恒, /2械能守恒,v2/2-h图的斜率等于
重力加速度g 重力加速度 的数值 _____________的数值。 _____________的数值。


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