机械能守恒定律实验探究

1机械能守恒定律实验探究一、打点计时法验证机械能守恒定律（1）实验方法介绍：实验装置如图6所示,接通打点计时器的电源后松开纸带,让重物拖着纸带自由下滑,纸带上打下一系列小点.取下纸带,舍弃前面过分密集的点,从比较清楚的地方开始取四个连续的相等的时间间隔T(T=0.02秒)．标上A、B、C、D、E(如图7),并且用米尺测出每个时间间隔T中，重物的位移s1,s2,s3,s4.计算出B、C、D点通过打点器时重物的速度vB=(s1+s2)/2T,vC=(s2+s3)/2T,vD=(s3+s4)/2T.以D点经过打点器时重物所在的高度为零势面,如果有22B23C32D11mvmg(ss)mvmgs221mv2即可以认为重物在下落过程中机械能守恒.（2）实验过程中一些问题的思考①实验中在什么情况下要挑选一根第l、2个点之间的距离最接近2mm的纸带进行数据处理？图8中O点为打点计时器在纸带上打出的第1个点，若此时纸带刚好静止，选择OC两点测量．重力势能的减少为mgS0，动能的增加为221Cmv．若2021CmvmgS，则机械能守恒定律得到验证．如用上述方法进行机械能守恒的验证，则要求O点对应的纸带速度为零．第l、2个点之间的距离为mmgT96.102.08.9212122．即选择l、2个点之间的距离最接近2mm的纸带，能保证纸带的初速几乎为零．若用图7中的处理方法，对第l、2个点之间的距离可不做要求．②该实验中纸带的计数点为什么不采用每5个点取一个计数点？若纸带上能打满12个点，则有11个间隔，12个点的距离等于cmgT7.23211122．再考虑连接重锤的纸带长度，纸带长度已经达到30cm左右，这正是一般中学物理实验室给学生实验用的纸带长度（这样操作方便．考虑到学生的身高；仪器摆放的高度；电源开关的控制等）．所以从比较清楚的地方开始取四个连续的相等的时间间隔T(每一个T是0.02秒)是计较适合的．③该实验的系统误差怎样？由于重锤下落过程受空气阻力以及纸带运动过程受到阻力．重力势能的减小并不完全转化为重锤的动能，所以本实验的系统误差为重力势能的减小量略大于重锤动能的增加量．二、用自制摆验证机械能守恒让一个摆球从A位置摆到B位置,如果不考虑空气的阻力与0轴的摩擦力,A球的机械能应该守恒(如图9),即0.5m•v2=mg·h.直接测量B点的速度v比较困难,我们让小球在B点脱离悬绳作平抛运动,利用平抛的特性,来间接地测出小球落在B点的速度v.比较mgh与221mv的值，以验证机械能守恒定律．实现小球平抛的方法是：设法使小球与绳连接得不够牢固，在球做圆周运动到最低点处用钉在靠近B处将绳挡住，由于圆周运动的半径突然减小，绳的拉力7图8图O0S9图2瞬间变大，小球与绳脱离做平抛运动．小球在B点的速度，需要用到平抛运动的知识，同学么们可以自己看一下相关内容，这样做同时也培养了自己的自学能力．用什么样的方法进行具体操作，同学们自己动脑筋．机械能守恒定律的实验探究方法的总体思路是：①研究对象在运动过程中要满足机械能守恒定律；②设法测出势能的变化量PE、动能的变化量KE；③验证在误差范围内满足KPEE．