文档介绍：§ 实验:验证机械能守恒定律
知识规律
一、实验目的: 利用重物自由下落过程验证机械能守恒定律。
二、实验原理:
,物体的重力势能和动能互相转化,但总的机械能守恒。即:在误差允许范围内验证:动能的增加量等于重力势能的减少量。
(1)若以重物下落时的起始点到第n个计数点为过程,测量物体下落到n点时的高度h和速度v。在误差允许范围内,需验证公式mgh=mv2成立。
(2)若任取两点A、B为过程,测出下落高度hAB和A、B两点的速度vA、vB,
在误差允许范围内,需验证公式mghAB=mvB2-mvA2成立。
:做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点之间的平均速度。
vn= 或: vn=
三、实验器材: 电火花计时器(或电磁打点计时器),交流电源,纸带(复写纸片),铁架台(含铁夹),导线,刻度尺,重物(带纸带夹)。
四、实验步骤:
:按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。
:将纸带的一端用夹子固定在重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手竖直提着纸带末端,使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3~5次实验。
:(点迹清晰)
(1)若用mvn2=mghn验证,应选第1、2两点间距离接近(且小于)2 mm的纸带。若第1、2两点间的距离大于2 mm,是由于先释放纸带后接通电源造成的。这样,第1个点就不是运动的起始点。
(2)若用mvB2-mvA2=mgΔh验证,只要点迹清晰就可选用。
五、数据处理及实验结论:
:在起始点标上0,在以后各点依次标上1、2、3…,用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3…。计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3…。
:
(1)利用起始点和第n点计算,在误差允许范围内,验证ghn=vn2,则机械能守恒定律正确。
(2)任取两点A、B计算。在误差允许范围内,验证ghAB=vB2-vA2,则机械能守恒定律是正确的。
(3)图像法。以v2为纵轴,以h为横轴,做出v2-h图线。若在误差允许的范围内图像
是一条过原点且斜率为g的直线,则验证了机械能守恒。
:在误差允许范围内,在只有重力做功的情况下,机械能守恒。
六、误差分析:
(空气阻力、打点计时器阻力)做功,使一部分重力势能转化为内能,故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量-ΔEp,即ΔEk<-ΔEp,这属于系统误差。改进的办法是调整器材的安装,尽可能地减少阻力。
,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。或者采用多次测量取平均值来减小误差。
七、注意事项:
,即:使上下两个限位孔在同一竖直平面内一条竖直线上与纸带运动方向相同,以减小纸带运动时与限位孔的摩擦。
,且保证纸带竖直(不要卷曲),待接通电源,打点计时器工作稳定后,再松开纸带。
、体积小的物体,使重力远大于阻力,以减小空气阻力的影响。