高考物理考点详析 实验：验证机械能守恒定律.pdf

，资考点2『实验：验证机械能守恒定律

J考JL解4事

一、实验目的

验证机械能守恒定律。

二、实验原理

如图所示，质量〃?的重物从o点自由卜落，以地面作零重力势能面，若果忽略空气阻力，卜.落过

程中在任意两点A和8处重物的机械能守恒，即:〃说+〃皿…；，％+，辿H,该式亦可写成

J机叮=mghp-mgh°

等式说明，重物重力势能的减少量等于动能的增加量。了方便，可以直接从开始下落的。点至任意

一点（如图中人点）来进行研究，这时应有3〃?说=/心力，该式即本实验要验证的表达式，式中力是重物

从。点下落至4点的瞬时速度。

三、实验器材

打点计时器，低压交流电源，带有铁夹的铁架台，纸带，复写纸，带架子的重物，刻度尺，导线。

四、实验步骤

1.安装置：按装置图安装器材，沿竖直方向将打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。

2.打纸带:将纸带的一端用夹子固定布重物卜.另・端穿过打点计时器的限位孔.用手提着纸带使重物

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。

3.选纸带

（1）用g机辞=利g4验证时，应选取点迹较清晰，且1、2两点间的距离略小于或接近2mm的纸带。

（2）用;-；/7力=/咫△力验证时，由于重力势能具有相对性，选择纸带时应选适当的点基准点,

只要后面的点迹清晰就可选用。

五、数据处理

方法一：利用起始点和第〃点进行计算。

将实验数据代入心和在实验误差允许的条件下，若〃收心和;相等，则验证了机械能守

恒定律。

方法二：任取两点进行计算。

（1）任取两点A、B,测出如,算出mghAB。

2（）算出:力―的值。

3（）在实验误差允许的条件下，若〃火自8=；，，必-;〃M，则验证了机械能守恒定律。

方法三：图象法

从指戴上选取多个带，测量从第一点到其余各点的下落高度爪并计算出各点速度的平方声，然后以v

2/2为纵轴，以为横轴，根据实验数据作出的2―图线。若在误差许可的范围内图线是一条过原点且斜率

为g的直线，则验证了机械能守恒定律。

六、误差分析

1.本实验中，由于重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力（如空气阻力、打点计时器阻力）做功，

故动能的增加量A£k稍小于重力势能的减少量AEp,即△瓜这属于系统误差。

2.本实验的另一个误差来源于长度的测量，属于偶然误差。

减小误差的办法是测下落距离时都从。点测起，一次将各打点对应的卜.落高度测量完，或者多次测量

取平均值以减小误差。

七、注意事项

1.打点计时器要稳定地固定在铁架台匕打点计时器平面与纸带限位孔要调整在数值方向匕以减小

摩擦阻力。

2.应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可减小体积，使空气

阻力减小。

3.实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，先接通电源，待打点计时器稳定工作后，再松

开纸带。

4.测下落高度时，要从第一个打点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完。

5.速度不能用跟二划或以=疯和计算，因为只要认为加速度为g,机械能当然守恒，即相当于用机

械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用切产口”计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，实

际上由于摩擦阻力的影响，机械能应减小，故速度应通过纸带上的数据计算得到。同样道理，重物下落的

高度/?,也只能用刻度尺直接测量，而不能用儿或儿=*计算得到。

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