验证机械能守恒定律。
今天我给学生讲解的这个实验,是为了验证机械能守恒定律。小球在下落的过程中,重力势能减小,动能增大,总机械能保持不变吗?这个实验的目的是利用自由落体运动来验证机械能守恒定律。
在开始实验之前,需要先了解一下这个实验的原理。当物体处于自由落体状态时,根据机械能守恒定律,重力势能的减少量应该等于动能的增加量。设物体的质量为m,下落高度为h,速度为v,则重力势能的减少量为mgh,动能的增加量为mv的二分之一平方。因此,只要验证了这个等式,就能验证机械能守恒定律。
·其次,实验用到的实验仪器有:火花定时器,纸带,尺子,铁架打点计时器求瞬时速度,夹具。
→步骤1:用点阵计和纸带记录自由落体过程中不同时刻夹子的位置。将铁架水平放置在桌边,确保铁架与桌边对齐。将铁夹固定在铁架上,再固定点阵计,接通电源,检查点阵计是否牢固并与铁架垂直。
将夹子夹在纸带一端,然后穿过打点定时器的限位孔,调节纸带,使夹子仍然靠近打点定时器,开启火花定时器,待打点稳定后松开纸带,重复操作两次,即可得到3条纸带。
→ 第二步:分析纸带,处理数据。从多条纸带中选出一条纸带,纸带上点清晰,两个起点之间的距离小于或接近2mm。将纸带的起点标记为0,在纸带中间选一点标记为1,再将每个点标记为2、3、4、5、6、7。用尺子测量从起点0到对应点1、2、3、4、5、6、7的下落高度,并记录在表格中。
利用匀加速直线运动中一段时间内中间时刻的速度等于这段时间内的平均速度的公式,公式中的T表示相邻两点之间的时间打点计时器求瞬时速度,打点计时器的频率为50Hz,即1秒钟打出50个点,所以相邻两点之间的实际时间间隔为五十分之一秒,即0.02秒。
利用瞬时速度公式可计算出计数点2的瞬时速率,同理可求出点3,4,5,6,7的瞬时速度;利用减小重力势能公式可计算出计数点2的减小重力势能,同理可求出点3,4,5,6,7的减小重力势能。
利用动能定理公式可以计算出点2的动能,同理可以求出每个点3456的动能,由于初速度等于0,所以动能的增加量直接等于每个计数点的动能大小,从而可以求出每个计数点的动能增加量。
数据分析:本次实验中,数据分析表明,减小的重力势能与增加的动能之间的差异很小。因此,在允许的误差范围内,可以认为减小的重力势能等于增加的动能。
错误分析:夹子和纸带在下落过程中都要克服阻力做功,所以夹子动能的增加量略小于重力势能的减少量。
实验结论:实验表明,在允许的误差范围内贝语网校,夹子自由落体过程中机械能守恒。