实验：验证机械能守恒定律PPT

实验目的验证机械能守恒定律掌握利用自由落体运动进行实验的方法学习分析和处理实验数据实验原理机械能守恒定律是指，物体在只有重力或弹力做功的情况下，其动能和势...

实验目的验证机械能守恒定律掌握利用自由落体运动进行实验的方法学习分析和处理实验数据实验原理机械能守恒定律是指，物体在只有重力或弹力做功的情况下，其动能和势能相互转化，但总机械能保持不变。这一定律的现代形式如下：重力势能变化量等于重力所做的功即$\Delta E_{p} = - W_{G}$动能变化量等于合外力所做的功即$\Delta E_{k} = W_{T}$总机械能守恒即$\Delta E_{total} = 0$本实验中，我们将通过自由落体运动来验证机械能守恒定律。自由落体运动是初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动，满足机械能守恒定律。实验器材电磁打点计时器（包括纸带和复写纸）重锤（质量为m）刻度尺电源铁架台导线若干实验步骤将电磁打点计时器固定在铁架台上使其与纸带在同一竖直平面内将重锤挂在纸带下方使重锤处于自由状态调整纸带与重锤的位置使重锤恰好位于打点计时器的正下方关闭电源接通导线，将打点计时器接到电源上释放重锤让它沿着纸带自由下落。当打点计时器打下一个点时，立即关闭电源重复进行上述操作直到纸带上打出的点迹清晰、稳定为止。一般要求打出的点迹在5~7个以上用刻度尺测量纸带上各点的下落高度h和各点到第一个点的距离s并记录数据。下落高度h是指各点到第一个点的垂直距离，可以用刻度尺直接测量。各点到第一个点的距离s可以由纸带上的点迹确定。如果纸带上的点迹清晰，可以使用直接测量法；如果点迹模糊或脱落，可以使用间接测量法（例如测量相邻两点之间的距离）用公式$E_{p} = mgh$计算各点的重力势能$E_{p}$其中$g$为重力加速度（取$9.8m/s^{2}$）。将各点的重力势能$E_{p}$与各点到第一个点的距离$s$分别记录在表格中用公式$E_{k} = \frac{1}{2}mv^{2}$计算各点的动能$E_{k}$其中$v$为重锤下落的高度h时的速度，可以使用公式$v = \sqrt{2gh}$计算。将各点的动能$E_{k}$与各点到第一个点的距离$s$分别记录在表格中计算各点的总机械能$E_{total}$即$E_{total} = E_{p} + E_{k}$。将各点的总机械能$E_{total}$与各点到第一个点的距离$s$分别记录在表格中根据记录的表格数据分析实验数据是否符合机械能守恒定律。如果数据基本符合机械能守恒定律（误差在可接受范围内），则实验成功；否则需要检查实验过程中是否存在错误或误差，例如打点计时器故障、纸带不垂直等实验数据处理及分析根据实验数据，我们可以绘制总机械能$E_{total}$与各点到第一个点的距离$s$的关系图（图略）。如果实验数据符合机械能守恒定律，则该图应该是一条直线，斜率为重力加速度$g$的负值（因为$\Delta E_{p} = - W_{G} = mgh$）。如果实验数据存在误差或异常值，则该图可能偏离直线或出现波动。此时需要进一步分析误差来源和改进实验方法。实验注意事项及误差分析在实验过程中要保证重锤沿竖直方向下落避免由于震动等原因导致纸带倾斜或偏离竖直方向而产生误差使用电磁打点计时器时要注意正确接线和调节电源电压确保打点稳定可靠。打点计时器的工作电源为交流电（AC），电压一般在6