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1、验证机械能守恒定律学习材料教学目的：验证机械能守恒定律实验器材：铁架台、铁夹子、重锤、毫米刻度尺、纸带、打点计时器（若选用电磁打点计时器，还需要低压交流电源）实验原理： 在只有重力做功的自由落体运动中，重力势能和动能相互转化，转化过程中机械能守恒，即重力势能的减少量等于动能的增加量。若物体由静止下落的高度h时，其速度为v，则有 在实验过程中，测出重锤由静止下落高度h时的速度v，算出gh是否等于，则可得出mgh是否等于，若在实验误差允许范围内二者相等，则机械能守恒定律得到验证。实验步骤：1、把打点计时器安装在铁架台上，并连接到电源上。2、把重锤用夹子固定在纸带的一端，纸带的另一端穿过计时器的限位
2、孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近。3、先接通电源，后松开纸袋带，让重锤带着纸带自由下落，打点计时器便在纸带上打下一系列的点迹。4、重复3次，得到3条打上点的纸带。5、从三条打上点的纸带中挑选出点迹清晰且第一、二点间的距离接近2mm的纸带。6、在挑选出的纸带中，记下第一个点的位置O，并在纸带上离O点较远的任意点开始，依次选取连续的几个点，并依次标上1、2、3、4、5，分别测出1、2、3、4、5各点到O点的距离h1、h2、h3、h4、h5，并把记在下面表格中，这些距离分别是打下1、2、3、4、5个点时重锤下落的高度。位置gh结论123457、利用匀变速直线运动在一段时间内的平均速度
3、等于这段时间内中点时刻的速度的规律，应用公式（此处T=0.02s），分别算出2、3、4各点对应得速度、。8、计算2、3、4各点对应的和，并进行比较，从而得出与是否相等。9、得出实验结论。注意事项：1、铁架台上固定打点计时器的夹子不可伸出太长，以防铁架台翻倒。2、打点计时器应夹紧在铁架台上，确保在实验过程中不会晃动。计时器的两个限位孔必须在同一竖直线上，以减少纸带与限位孔间的摩擦阻力。3、打点前纸带必须平直，不要卷曲，纸带上端要用手提着静止，重锤应停靠在打点计时器附近。4、实验时先通电源，让打点计时器稳定后才松开纸带5、选用纸带时应尽量挑选第一、二点的距离接近2mm的纸带（因为自由落体运动的最初
4、0.02s内下落的距离）6、选取得各个计数点1、2、3离起始点应适当远些，以减小测量下落高度h时的相对误差。7、实验过程中不需要测重锤的质量m8、为减少阻力的影响，重物应选用密度大些的便于夹紧纸带的物体。误差分析(1)本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量Ek稍重力势能的减少量Ep ,即EkEp，这属于系统误差.改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力.(2)本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差.减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完.或者多次测量取平均值来减小误差.(3)打点计时器产生的
5、误差由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差；读数点选择不好，振动片振动不均匀，纸带放置方法不正确引起摩擦，均可造成实验误差.例：在验证机械能守恒定律的实验中，得到如下图所示的一条纸带，O点是纸带上的第一个点，A、B、C、D是连续的四个点，A、B、C、D到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。实验过程所用电源频率为50HZ，重锤质量为1Kg，当地重力加速度g=9.8 m/s2。从记录O点到记录C点的过程中，重锤重力势能减少了多少？动能增加了多少？（保留三位有效数字）由可得到什么实验结论？解：打点计时器的周期，从记录O点到记录C点，重锤的高度
6、下降了h=OC=77.76cm=0.7776m，重力势能减少量，打下C点时重锤的瞬时速度，记录O点时重锤速度=0，从记录O点到记录C点重锤动能的增加量总结：在实验误差允许范围内，=，故重锤在下落过程中机械能守恒。实验与练习：1、 在以上例题中，从记录B点到C点的过程中，重锤的重力势能减少了多少？动能增加了多少？2、在验证机械能守恒定律的实验中（1）研究对象是自由落体运动的重物，除下列器材：铁架台、电磁打点计时器、纸带、重锤、夹子、导线外，还需要用下列器材（2）挑选纸带的原则是a、b、（3）做此实验时，有同学按以下步骤进行固定好打点计时器，将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提住纸带，让手尽量靠近打点计时器。松开纸带、接通电源，开始打点，并如此重复多次，得到几条打上点的纸带。取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O，在离O点较近处选取几个连续的计时点，测出各点距O点的距离，即重物的下落高度。计算记录各点时重物的速度用天平称出物体的质量计算出与的值。看二者是否相等。在以上步骤中，多余的是错误的是（给予更正）a、b、c、3、如何从本实验中推出重物下落过程中所受空气阻力的大小？写出相应公式。4、在处理纸带时，从起点O开始取1、2、3几个点，测出各点速度、和与O点的位移、，画出图像，如图所示。由于纸带下落过程中不可避免地会遇到阻力作用，它的图像可能是A、B、C中的哪一条？为什么？- 4 -