2019-2020年高中物理 实验手册 第二部分 实验8 验证机械能守恒定律.doc

2019-2020年高中物理 实验手册 第二部分 实验8 验证机械能守恒定律实验目的验证机械能守恒定律。实验器材 打点计时器（电火花或电磁），重锤，纸带，电源，导线，铁架台，刻度尺。实验原理在只有重力做功的情形下，物体的动能和势能发生互相转化，但总机械能保持不变，这个结论叫做机械能守恒定律。利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h及计算出瞬时速度v，从而可求出物体在自由下落过程中，重力势能的减少量Ep = mgh与物体动能的增加量Ek = mV2/2，如有式子成立，可验证机械能守恒定律。由上式看出，只要测出下落的高度h和下落h时的瞬时速度V，再利用当地的重力加速度g的数值， 就能比较和mgh。由于只须验证和mgh是否相等，并不需要求出和mgh 的数值，故实验不需测重锤的质量m。在承认机械能守恒定律的前提下，也可以利用这个实验测出当地重力加速度的数值。实验指导1. 实验中，应调整打点计时器的底板竖直，减小各处的摩擦。另外，因为忽略了空气阻力对实验的影响，所以应选用质量较大的重锤。2. 为了保证打点计时器打的第一点记录的是重锤做自由落体运动初始点的位置，必须选用第一、二点的距离接近2毫米的纸带进行测量。这是因为打点计时器的打点周期是0.02秒，而自由落体在最初的0.02秒内下落的高度是 所以纸带第一、二两点间的距离接近2毫米时，意味纸带是在打第一个点的瞬间开始下落的。3为了得到“2”中要求的纸带，必须多打几条纸带，以便从中挑选。实验步骤1. 按图7-1所示安装实验器材。铁架台放在实验桌边，用烧瓶夹夹紧打点计时器。调节打点计时器底板处于竖直状态。打点计时器的接线柱用导线分别与学生电源的交流输出端相连，用交流6伏电压（电火花计时器用220伏交流电）。2. 取一条纸带（火花计时器用两条），将其一端夹在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着使重锤静止并靠近打点计时器。3. 接通电源，放手松开纸带（要求一人操作，以上两个动作同时进行），让它与重锤一起自由下落，纸带落出限位孔，关闭电源。4. 取下纸带，编上号码，重做几次。5. 选取一条点迹清晰且第一、二点距离接近2毫米的纸带，从第一点开始计为0点，再在纸带后面的点中上选取五个连续点1、2、3、4、5，测量各点到0点的距离h1、h2、h3、h4、h5，见下图72，则各点相应势能减小为mgh。图7212345h1h2h3h4h50 6.因物体做匀变速直线运动，可用某一时间内的平均速度等于中间时刻瞬时速度的规律分别计算出2、3、4三点的速度，例如2点瞬时速度，算出动能7. 比较势能的减小与动能增加的关系。问题思考1. 实验中，为什么要选择第一，二点距离接近2毫米的纸带？2. 本实验为什么不用测量重锤的质量？ 3. 为减小实验误差 ，实验选用了质量较大的重锤，说明这样做的原因？4. 本实验在处理数据时，如果不从第一个点（速度为零的点）算起，而是从后面的某一点算起，例如从2点算起，利用24间高度变化，说明怎样计算动能变化和势能变化，如何验证机械能守恒定律？5. 重锤在第一个时间间隔内，正常的情况下，下降高度应为，实际实验中在纸上打出的第一、 二点距离都会于上述数值，造成这种情况的原因是 ？因此，应该多做几次，选取第一、 二点间距接近上述数值的纸带进行计算。6. 某学生打出的纸带如图7-3所示。各实验点与0点之间的距离分别为h1=4.92厘米、h2=7.05厘米、h3=9.61厘米、h4=12.55厘米、h5=15.88厘米，g=9.80米/秒2。12345h1h2h3h4h50图 73 （1） 从0点到4点，重力势能减小值为_，4点速度为_，从0点刻4点动能增加值为_。根据_可以判断_。（2） 从2点到4点，重力势能减少值为_，2点速度是_，从2点到4点动能增加值为_，根据_可以判定_。7. 实验中，处理数据要用到重力加速度，下列说法中正确的是（ ）。A不管在何处实验，g都取9.8米/秒2；B. g应取当地重力加速度的值；C. g应从实验中打出的纸带测得的数据计算出来。