摘要：验证机械能守恒定律 [实验目的] 验证机械能守恒定律. [实验原理] 当物体自由下落时.只有重力做功.物体的重力势能和动能互相转化.机械能守恒.若某一时刻物体下落的瞬时速度为v.下落高度为h.则应有:mgh= mv2.借助打点计时器.测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v.即可验证机械能是否守恒.实验装置如图所示. 测定第n点的瞬时速度的方法是:测出第n点的相邻前.后两段相等时间T内下落的距离sn和sn+1.由公式 vn= .或由vn= 算出.如图所示. [实验器材] 铁架台.打点计时器.学生电源.导线.带铁夹的重缍.纸带.米尺. [实验步骤] 1．按如图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. 2．把纸带的一端在重锤上用夹子固定好.另一端穿过计时器限位孔.用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近. 3．接通电源.松开纸带.让重锤自由下落. 4．重复几次.得到3-5条打好点的纸带. 5．在打好点的纸带中挑选第一.二两点间的距离接近2mm.且点迹清晰一条纸带.在起始点标上0.以后各依次标上1.2.3--.用刻度尺测出对应下落高度h1.h2.h3--. 6．应用公式vn= 计算各点对应的即时速度v1.v2.v3--. 7．计算各点对应的势能减少量mghn和动能的增加量 mvn2.进行比较. [注意项事] 1．打点计时器安装时.必须使两纸带限位孔在同一竖直线上.以减小摩擦阻力. 2．选用纸带时应尽量挑第一.二点间距接近2mm的纸带. 3．因不需要知道动能和势能的具体数值.所以不需要测量重物的质量. [例题] 1．在“验证机械能守恒定律 的实验中.已知打点计时器所用电源的频率为50Hz.查得当地的重加速度g=9.80m/s2.测得所用的重物的质量为1.00kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带.把第一个点记作O.另连续的4个点A.B.C.D作为测量的点.经测量知道A.B.C.D各点到O点的距离分别为62.99cm.70.18cm.77.76cm.85.73cm.根据以上数据.可知重物由O点到运动C点.重力势能减少量等于 J.动能的增加量等于 J. 答案:7.62.7.57 2．在本实验中.所用电源的频率为50Hz.某同学选择了一条理想的纸带.用刻度尺测量时各计数点位置对应刻度尺上的读数如图所示.(图中O是打点计时器打的第一个点.A.B.C.D.E分别是以每打两个点的时间作为计时单位取的计数点).根据纸带求: (1)重锤下落的加速度. (2)若重锤质量为mkg.则重锤从起始下落至B时.减少的重力势能为多少? (3)重锤下落到B时.动能为多大? 的数据可得什么结论?产生误差的主要原因是什么? 答案:(1)9.69m/s2,(2)|△Ep|=1.95mJ,(3)Ek=1.89mJ,(4)在实验误差允许的范围内.重锤重力势能的减少等于其动能的增加.机械能守恒.产生误差的主要原因是重锤下落过程中受到阻力(空气阻力.纸带与限位孔间的摩擦阻力)的作用. 4. 碰撞中的动量守恒 [实验目的] 研究在弹性碰撞的过程中.相互作用的物体系统动量守恒. [实验原理] 一个质量较大的小球从斜槽滚下来.跟放在斜槽前边小支柱上另一质量较小的球发生碰撞后两小球都做平抛运动.由于两小球下落的高度相同.所以它们的飞行时间相等.这样如果用小球的飞行时间作时间单位.那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度.因此.只要分别测出两小球的质量m1.m2.和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离s1.以及入射小球与被碰小球碰撞后在空中飞出的水平距离s1'和s2'.若m1s1在实验误差允许范围内与m1s1'+m2s2'相等.就验证了两小球碰撞前后总动量守恒. [实验器材] 碰撞实验器.两个半径相等而质量不等的小球,白纸,复写纸,天平和砝码,刻度尺.游标卡尺.圆规等. [实验步骤] 1．用天平测出两个小球的质量m1.m2. 2．安装好实验装置.将斜槽固定在桌边.并使斜槽末端点的切线水平. 3．在水平地上铺一张白纸.白纸上铺放复写纸. 4．在白纸上记下重锤线所指的位置O.它表示入射球m1碰前的位置. 5．先不放被碰小球.让入射球从斜槽上同一高度处由静止开始滚下.重复10次.用圆规作尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面.圆心就是入射球不碰时的落地点的平均位置P. 6．把被碰球放在小支柱上.调节装置使两小球相碰时处于同一水平高度.确保入射球运动到轨道出口端时恰好与被碰球接触而发生正碰. 7．再让入射小球从同一高度处由静止开始滚下.使两球发生正碰.重复10次.仿步骤(5)求出入射小球的落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N. 8．过O.N作一直线.取OO'=2r(可用游标卡尺测出一个小球的直径.也可用刻度尺测出紧靠在一起的两小球球心间的距离).O'就是被碰小球碰撞时的球心竖直投影位置. 9．用刻度尺量出线段OM.OP.O'N的长度. 10．分别算出m1· 与m1· +m2· 的值.看m1· 与m1· +m2· 在实验误差允许的范围内是否相等. [注意事项] 1．应使入射小球的质量大于被碰小球的质量. 2．要调节好实验装置.使固定在桌边的斜槽末端点的切线水平.小支柱与槽口间距离使其等于小球直径.而且两球相碰时处在同一高度.碰撞后的速度方向在同一直线上. 3．每次入射小球从槽上相同位置由静止滚下.可在斜槽上适当高度处固定一档板.使小球靠着档板.然后释放小球. 4．白纸铺好后不能移动. [例题] 1．因为下落高度相同的平抛小球的 相同.所以我们在“碰撞中的动量守恒 实验中可以用 作为时间单位.那么.平抛小球的 在数值上等于小球平抛的初速度. 答案:飞行时间.飞行时间.水平位移. 2．某同学用图1所示装置通过半径相同的A.B两球的碰撞来验证动量守恒定律.图中PQ是斜槽.QR为水平槽.实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下.落到位于水平地面的记录纸上.留下痕迹.重复上述操作10次.得到10个落点痕迹.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方.让A球仍从位置G由静止开始滚下.和B球碰撞后.A.B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹.重复这种操作10次.图1中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点.B球落点痕迹如图2所示.其中米尺水平放置.且平行于G.R.O所在的平面.米尺的零点与O点对齐. (1)碰撞后B球的水平射程应取为 cm. (2)在以下选项中.哪些是本次实验必须进行的测量?答: . A．水平槽上未放B球时.测量A球落点位置到O点的距离 B．A球与B球碰撞后.测量A球落点位置到O点的距离 C．测量A球或B球的直径 D．测量A球和B球的质量 E．测量G点相对于水平槽面的高度. 答案:(1)如图所示.用一红色的圆尽可能多的把小球落点圈在里面.由此可见圆心O的位置是65.7cm.这也是小球落点的平均位置. (2)本实验中要测量的数据有:两个小于的质量m1.m2.三个落点的距离s1.s2.s3.所以应选ABD.注意此题实验装置与我们前面讲的实验装置的不同.该实验中被碰小球抛出点即为O点.所以C选项不选.不要受思维定势的影响.要具体问题具体分析.

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