(高考物理)【物理实验五】验证机械能守恒定律

验证机械能守恒定律
[实验目的]验证机械能守恒定律。

[实验原理]当物体自由下落时，只有重力做功，物体的重力势能和动能互相转化，机械能守恒。

若某一时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高度为h，则应有：mgh= mv2，借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒，实验装置如图所示。

测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点的相邻前、后两段相等时间T内下落的距离s n和s n+1，由公式
v n= ，或由v n= 算出，如图所示。

[实验器材]
铁架台（带铁夹），打点计时器，学生电源，导线，带铁夹的重缍，纸带，米尺。

[实验步骤]
1．按如图装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。

2．把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。

3．接通电源，松开纸带，让重锤自由下落。

4．重复几次，得到3～5条打好点的纸带。

5．在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm，且点迹清晰一条纸带，在起始点标上0，以后各依次标上1，2，3……，用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3……。

6．应用公式v n= 计算各点对应的即时速度v1、v2、v3……。

7．计算各点对应的势能减少量mgh n和动能的增加量mv n2，进行比较。

[注意项事]
1．打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。

2．选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近2mm的纸带。

3．因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量。

[例题]1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz。

查得当地的重加速度g=9.80m/s2，测得所用的重物的质量为1.00kg。

实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。

根据以上数据，可知重物由O点到运动C点，重力势能减少量等于________J，动能的增加量等于________J。

（取3位有效数字）
答案：7.62，7.57 2．在本实验中，所用电源的频率为50Hz，某同学选择了一条理想的
纸带，用刻度尺测量时各计数点位置对应刻度尺上的读数如图所示。

（图中O是打点计时器打的第一个点，A、B、C、D、E分别是以每打两个点的时间作为计时单位取的计数点）。

根据纸带求：
（1）重锤下落的加速度。

（2）若重锤质量为mkg，则重锤从起始下落至B时，减少的重力势能为多少？
（3）重锤下落到B时，动能为多大？
（4）从（2）、（3）的数据可得什么结论？产生误差的主要原因是什么？
答案：（1）9.69m/s2；（2）|△E p|=1.95mJ；（3）E k=1.89mJ；（4）在实验误差允许的范围内，重锤重力势能的减少等于其动能的增加，机械能守恒。

产生误差的主要原
因是重锤下落过程中受到阻力（空气阻力、纸带与限位孔间的摩擦阻力）的作用。