验证机械能守恒定律的实验报告误差分析

注意事项

1、应尽最大可能减小各种阻力的影响，可采取如下措施：

　　(1)打点计时器必须稳固安装在铁架台上，并且两个限位孔的中线要严格竖直，以减小纸带所受的摩擦力．

　　(2)应选用质量和密度较大的重物，以减小空气阻力的影响．

2、实验时必须是先接通电源，打点计时器正常工作后再放开纸带让重物下落．

3、选择纸带的原则：

　　(1)点迹清晰．且第1、2两点的距离接近2 mm．

　　(2)所打的点在一条直线上．

4、对纸带进行测量：应一次测出各点到起始点的距离，不能分阶段测量，如图所示．

5、不必测出重物的质量，只要能验证即可．

一、实验目的

验证机械能守恒定律．

二、实验原理

1、以重物下落的起始点O为基准，则

重力势能的减少量△E_p=mgh

动能的增加量△E_k

若△E_p=△E_k，则验证了机械能守恒定律．

2、若以重物下落过程中某一点A为基准，测出物体由A点下落△h后经过B点的速度v_B，则

重力势能的减少量△E_P=mg△h

动能的增加量

若△E_p=△E_k，则验证了机械能守恒定律．

3、速度的确定：求第n点的瞬时速度v，可先测出第n点相邻的前、后两段相等时间T内下落的距离h_n－1和h_n，由公式．

三、实验器材

①铁架台（带铁夹）　　②打点计时器　　③重锤　　④纸带　　⑤复写纸片　　⑥导线　　⑦毫米刻度尺　　⑧电源

四、实验步骤

1、按图所示把打点计时器安装在铁架台上，将打点计时器与电源连接好．

2、把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近．

3、先接通电源后松手，让重锤带着纸带自由下落．

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点迹清晰且第1、2两计时点间距离接近2 mm的一条纸带，在起始点标上O，以后各点依次标上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mgh_n和动能增量进行比较，并讨论如何减小误差．

六、误差分析

验证机械能守恒定律误差分析

系统误差与偶然误差

1.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，故动能的增加量稍小于重力势能的减少量，这是不可避免的，这属于系统误差。

2.长度的测量，属偶然误差。

操作注意事项

1.铁架台应竖直安装，可使纸带所受阻力减小。

2.应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小。

3.应先打开电源让打点计时器开始打点稳定后，再放开纸带让重物下落。

4.选取纸带点迹清晰，所打点呈一条直线。第1和第2两打点间距离接近2mm。（这样可以保证初速度为零）

例1、在探究机械能守恒的实验中

　　(1)从下列器材中选出实验所必须的，其编号为__________．

　　A．打点计时器(包括纸带)；B．重物；C．天平；D．毫米刻度尺；E．秒表；F．运动小车．

　　(2)打点计时器的安装放置要求为__________；开始打点计时的时候，应先__________，然后__________．

　　(3)实验中产生系统误差的原因主要是__________，使重物获得的动能往往__________．为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择__________．

　　(4)如果为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的－h图线是__________，该线的斜率等于__________．

解析：

　　(1)选出的器材有：打点计时器(包括纸带)，重物，毫米刻度尺，编号分别为：A、B、D．注意因mgh=mv²，故m可约去，不需要用天平．

　　(2)打点计时器安装时，底板要竖直，这样才能使重物在自由落下时受到的阻力较小．开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再放下重物，让它带着纸带一同落下．

　　(3)产生系统误差的主要原因是纸带通过打点计时器时的摩擦阻力，使得重物获得的动能小于它所减少的重力势能．为减小误差，重物的质量应选大一些的．

　　(4)描绘出来的－h图线是一条通过坐标原点的倾斜直线，它的斜率即为重力加速度．

例2、某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤：

A．用天平称出重物的质量；

B．把纸带固定到重物上，并把纸带穿过打点计时器，提升到一定高度；

C．拆掉导线，整理仪器；

D．断开电源，调整纸带，重做两次；

E．有秒表测出重物下落的时间；

F．用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离，记录数据，并计算出结果，得出结论；

G．把打点计时器接到低压交流电源上；

H．接通电源，释放纸带；

I．把打点计时器接到低压直流电源上；

J．把打点计时器固定到桌边的铁架台上．

　　上述实验步骤中错误的是__________，可有可无的是__________，其余正确且必须的步骤按实验操作顺序排列的是__________．(均只需填步骤的代号)

解析：

　　上述实验步骤中错误的是E和I，因为实验中不需要测定时间，打点计时器应使用低压交流电源．

　　可有可无的实验步骤是A．

　　其余正确且必要的步骤实验操作顺序排列是：J、G，B、H、D、C、F．