实验6 验证机械能守恒定律-2023-2024学年高一物理必修2实验报告册（人教版）

学生实验报告册 物理 必修 第二册 （人教版） 机械能守恒定律的内容： 在只有重力和弹力做功的物体系统内， 动能与势能 可以相互转化， 而总的机械能保持不变。 做自由落体运动的物体， 在下落过程 中， 物体重力势能的减少等于物体动能的增加， 物体机械能守恒。 由于实验只是验证机械能是否守恒， 只需验证动能、 势能的变化量大小是否 相等， 而不需要知道具体变化了多少， 所以不必知道物体的质量。 实验中所选用的物体要尽可能质量大、 体积小， 这样做的目的是要使重力远 大于各种阻力， 使物体运动更接近自由落体运动， 减小系统误差。 电磁打点计时器使用的是工作电压为 4～6 V 的交流电源， 纸带上任意相邻两 点的时间间隔是 0郾02 s 。 实验中要选择第 1 点、 第 2 点之间的距离接近 2 mm 的 点迹清晰的纸带进行分析， 这样的纸带记录了第 1 个点时， 物体恰好由静止开始 自由下落， 保证了 v 0 =0 。 实验成功的关键是要把打点计时器底板平面竖直夹稳， 以保证重物下落时不 发生振动； 并使限位孔上下和纸带平行， 以保证纸带移动过程中不与限位孔两侧 接触， 减小纸带下落时的摩擦阻力。 在释放纸带的同时启动打点计时器， 这样可 以保证物体下落的初速度为 0 。 为减小测量 h 值的相对误差， 选取的各计数点要 离起始点远些。 物体做匀加速直线运动时， 如果先后经过 A 、 B 、 C 三点， A 、 B 的距离为 s 1 ， B 、 C 的距离为 s 2 ， 且经过 AB 、 BC 距离时所用时间都等于 t ， 则物体在 B 点时的 速度为 v B = s 1 +s 2 2t ， 即做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于该段 时间中间时刻的即时速度。 如果纸带上 1 、 2 两点之间的距离不尽如人意， 我们也可以选取其他的点， 验证机械能守恒定律实验六 实验日期 年 月 日 实验预习 42 求出物体实际的速度， 测出物体实际的下落高度来验证， 如图 6-1 所示。 在图中所标注的计数点中， 求出打 3 点和 9 点时的速度 v 3 = d 1 4T ， v 9 = d 2 4T ， 测出 3 到 9 点间的距离 h ， 验证 v 2 9 -v 2 3 2 =gh 即可。 实验目的 1. 加深对机械能守恒定律的理解， 学习验证机械能守恒定律成立的方法。 2. 进一步学习电磁打点计时器的使用方法。 3. 掌握求匀变速直线运动中间时刻速度的方法， 并用来解决实际问题。 实验器材 电磁打点计时器、 铁架台、 重物及纸带夹、 纸带若干、 毫米刻度尺、 学生电 源等。 实验原理 做自由落体运动的物体在下落过程中， 如果忽略空气阻力， 物体重力势能的 减少等于物体动能的增加， 物体的机械能守恒。 若物体下落高度为 h 时的速度为 v ， 则有 mgh= 1 2 mv 2 。 实验中测出物体下落的高度 h 和与之 对应的速度 v ， 通过比较 mgh 和 1 2 mv 2 就可以验证机械能是 否守恒。 因为自由落体运动是匀变速直线运动， 由匀变速直线 运动规律可知： 某段位上移的平均速度等于中间时刻的即 时速度。 为了测量纸带上打第 n 点时的即时速度， 可以测 出第 n 点前后相邻两段相等时间 T 内下落的距离 h n-1 和 h n+1 。 由 v n = h n+1 -h n-1 2T 求出， 如图 6-2 所示。 图 6-2 验证机械能守恒定律 实验六 图 6-1 43 学生实验报告册 物理 必修 第二册 （人教版） 实验过程 1. 如图 6-3 装置， 竖直架稳打点计时器， 并用导线将打 点计时器连接到 4～6 V 交流电源上。 2. 将长约 1 m 的纸带用小夹子固定在重物上后， 穿过打 点计时器。 用手提着纸带， 使重物静止在靠近打点计时器的 地方。 3. 接通电源， 释放纸带， 使重物自由下落。 打点计时器 就在纸带上打下一系列的点。 4. 更换几次纸带， 重复上面的实验过程。 5. 在打过点的纸带中挑选出 1 、 2 两点间距离最接近 2 mm 且点迹清晰的纸 带进行测量。 先记下第一个点 O 的位置， 然后适当选取 5 个连续的点进行测量， 用刻度尺测出各点到 O 点的距离 h n 。 6. 判断所选测量点中最后一点的可靠性， 即验证 h 45 -h 34 是否等于 h 34 -h 23 （在 误差范围之内）， 如相等， 则纸带在打最后一点之前做自由落体运动。 7. 利用公式 v n = h n+1 -h n-1 2T 计算出各点对应的速度 v 1 、 v 2 、 v 3 …… 8. 计算各计数点对应的势能减少量和动能增加量， 并进行比较， 再将有关数 据填入记录表格中。 计数点 n t/s h/m