验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律。二、实验原理1、在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变。若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则其重力1势能的减少量为mgh，动能的增加量为mv2，看它们在实验误差允2许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。2、速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相xn＋xn＋1hn＋1－hn－1邻两点间的平均速度vt＝v2t。vn＝或vn＝算出，如2T2T图所示。三、实验器材铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带夹子)。四、实验步骤1.安装、准备:按图示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。把纸带的一端用夹子固定在重物上,另一端穿过计时器的限位孔,用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。2.打纸带:先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落,这样打点计时器就在纸带上打下了一系列点,更换纸带重复上述步骤做3~5次实验。3.选纸带:分两种情况来说明(1)利用起始点和第n点计算。即用2mv2=mgh验证时,应选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带。(2)任取两点A、B，即用2mvB2-2mvA2=mgΔh验证时,由于重力势能的相对性,处理纸带时,应选择适当的点作为基准点,这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2mm就无关紧要了,只要后面的点迹清晰就可选用。五、数据处理1方法一：利用起始点和第n点计算。将实验数据代入ghn和v2n，如果在实验21误差允许的范围内，ghn＝v2n，则验证了机械能守恒定律。21212方法二：任取两点A、B测出hAB，算出ghAB和vB－vA的值，如果在实验误22112差允许的范围内，ghAB＝v2B－vA，则验证了机械能守恒定律。22111方法三：图象法。从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高1度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据21绘出v2h图线。若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g（可求g2值）的直线，则验证了机械能守恒定律。六、误差分析(1)系统误差本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故重物动能的增加量ΔEk稍小于其重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。(2)偶然误差本实验的另一个误差来源于长度的测量，属于偶然误差。减小误差的方法是测下落距离时都从O点测量时，一次将各打点对应的下落高度测量完，多次测量取平均值。七、注意事项（1）应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：①安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。②应选用质量和密度较大的重物，增大其重力可使阻力的影响相对减小，增大其密度可以减小体积，可使空气阻力减小。（2）实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直，接通电源后，打点计时器工作稳定后再松开纸带。12（3）验证机械能守恒时，可以不测出重物质量，只要比较vn和ghn大小是2否相等即可验证机械能是否守恒。（4）因物体做自由落体运动，运动较快，不需要每五个点取一个计数点，两点间时间间隔为0.02s（5）测量下落高度时，为了减小测量值h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60～80cm之间。（6）速度不能用vn＝gtn或vn＝2ghn计算，否则犯了用机械能守恒定律验证机械能守恒定律的错误。八、实验创新实验原理的创新1、利用系统机械能守恒代替单个物体的机械能守恒。使定律更具普遍性2、利用光电门测定滑块的瞬时速度。3、应使用气垫导轨，不能用木板。1、利用钢球摆动来验证机械能守恒定律。2、利用光电门测定摆球的瞬时速度。实验器材的创新1、小球在重力作用下做竖直上抛运动或自由落体运动。2、利用频闪照片获取实验数据。（时间间隔为拍照时间）实验过程的创新1、用光电门测定小球下落到B点的速度。12、结合2H图象判断小球下落t过程中机械能守恒。3、分析实验误差ΔEp－ΔEk随H变化的规律。题型示例：1、如图甲所...
