高考物理實(shí)驗(yàn)部分對(duì)于學(xué)生動(dòng)手能力要求越來(lái)越高，不但要懂得原理，同時(shí)還要能對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)改進(jìn)措施有所了解。學(xué)會(huì)利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，熟練掌握應(yīng)用計(jì)時(shí)器打紙帶研究物體運(yùn)動(dòng)的方法。熟練驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理和步驟。
一、實(shí)驗(yàn)原理
物體在自由下落過(guò)程中，重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加。如果忽略空氣阻力，只有重力做功，物體的機(jī)械能守恒，重力勢(shì)能的減少等于動(dòng)能的增加。設(shè)物體的質(zhì)量為m，借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下紙帶，由紙帶測(cè)算出至某時(shí)刻下落的高度h及該時(shí)刻的瞬時(shí)速度v;進(jìn)而求得重力勢(shì)能的減少量│△Ep│=mgh和動(dòng)能的增加量△EK=1/2mv2;比較│△Ep│和△EK，若在誤差允許的范圍內(nèi)相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒。
測(cè)定第n點(diǎn)的瞬時(shí)速度vn：依據(jù)“物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，在某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度”，用公式vn=(hn+1-hn-1)/2T計(jì)算(T為打下相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔)。
二、實(shí)驗(yàn)器材
電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，交流電源，紙帶(復(fù)寫紙片)，重物(帶紙帶夾子)，導(dǎo)線，刻度尺，鐵架臺(tái)(帶夾子)。
三、實(shí)驗(yàn)步驟
(1)按圖裝置固定好計(jì)時(shí)器，并用導(dǎo)線將計(jì)時(shí)器接到電壓合適的交流電源上(電火花計(jì)時(shí)器要接到220 V交流電源上，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要接到4 V～6 V的交流低壓電源上)。
(2)將紙帶的一端用小夾子固定在重物上，使另一端穿過(guò)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提著紙帶，使重物靜止在靠近計(jì)時(shí)器的地方。
(3)接通電源，松開(kāi)紙帶，讓重物自由下落，計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn)。
(4)換幾條紙帶，重做上面的實(shí)驗(yàn)。
(5)從幾條打上了點(diǎn)的紙帶上挑選第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2 mm且點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量。
(6)在挑選出的紙帶上，先記下打第一個(gè)點(diǎn)的位置0(或A)，再任意選取幾個(gè)點(diǎn)1、2、3(或B、C、D)等，用刻度尺量出各點(diǎn)到0的距離h1、h2、h3等，如圖所示。
(7)用公式vn=(hn+1-hn-1)/2T計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3等。
(8)計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的勢(shì)能減少量mghn和動(dòng)能的增加量1/2mvn2的值，進(jìn)行比較，得出結(jié)論。
四、實(shí)驗(yàn)記錄
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論
在只有重力做功的情況下，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。
六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
(1)計(jì)時(shí)器要豎直地架穩(wěn)、放正。架穩(wěn)就是要牢固、穩(wěn)定。重物下落時(shí)它不振動(dòng);放正就是使上下兩個(gè)限位孔在同一豎直平面內(nèi)一條豎直線上與紙帶運(yùn)動(dòng)方向相同，以減小紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)與限位孔的摩擦(可用手提住固定好重物的紙帶上端，上下拉動(dòng)紙帶，尋找一個(gè)手感阻力最小的位置)。
(2)打點(diǎn)前的紙帶必須平直，不要卷曲，否則紙帶在下落時(shí)會(huì)卷到計(jì)時(shí)器的上邊緣上，從而增大了阻力，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差過(guò)大。
(3)接通電源前，提紙帶的手必須拿穩(wěn)紙帶，并使紙帶保持豎直，然后接通電源，待計(jì)時(shí)器正常工作后，再松開(kāi)紙帶讓重物下落，以保證第一個(gè)點(diǎn)跡是一個(gè)清晰的小點(diǎn)。
(4)對(duì)重物的要求：選用密度大、質(zhì)量大些的物體，以減小運(yùn)動(dòng)中阻力的影響(使重力遠(yuǎn)大于阻力)。
(5)紙帶的挑選：應(yīng)挑選第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2 mm且點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量。這是因?yàn)椋罕緦?shí)驗(yàn)的前提是在重物做自由落體運(yùn)動(dòng)的情況下，通過(guò)研究重力勢(shì)能的減少量與動(dòng)能的增加量是否相等來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒的，故應(yīng)保證紙帶(重物)是在打第一個(gè)點(diǎn)的瞬間開(kāi)始下落。計(jì)時(shí)器每隔O.02 s打一次點(diǎn)，做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體在最初0.02 s內(nèi)下落的距離h1=1/2gt2=1/2×9.8×0.022m=0.002 m=2 mm，所以若紙帶第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2 mm，就意味著重物是在打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)的瞬間開(kāi)始下落的，從而滿足本次實(shí)驗(yàn)的前提條件(打第一個(gè)點(diǎn)物體的初速度為零，開(kāi)始做自由落體運(yùn)動(dòng))。
(6)測(cè)量下落高度時(shí)，必須從起點(diǎn)o量起。為了減小測(cè)量^的相對(duì)誤差，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)要離O點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些(紙帶也不宜過(guò)長(zhǎng)，其有效長(zhǎng)度可在60 cm～80 cm以內(nèi))。
(7)本實(shí)驗(yàn)并不需要知道重力勢(shì)能減少量和動(dòng)能增加量的具體數(shù)值，只要對(duì)mgh與1/2mv2進(jìn)行比較(實(shí)際上只要驗(yàn)證1/2v2=gh即可)以達(dá)到驗(yàn)證機(jī)械能守恒的目的，所以不必測(cè)出重物的質(zhì)量。
七、誤差分析
(1)做好本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是盡量減小重物下落過(guò)程中的阻力，但阻力不可能完全消除。本實(shí)驗(yàn)中，誤差的主要來(lái)源是紙帶摩擦和空氣阻力。由于重物及紙帶在下落中要不斷地克服阻力做功，因此物體動(dòng)能的增加量必稍小于重力勢(shì)能的減少量，這是系統(tǒng)誤差。減小系統(tǒng)誤差的方法有選用密度大的實(shí)心重物，重物下落前紙帶應(yīng)保持豎直，選用電火花計(jì)時(shí)器等。
(2)由于測(cè)量長(zhǎng)度會(huì)造成誤差，屬偶然誤差，減少辦法一是測(cè)距離都應(yīng)從起點(diǎn)0量起，下落高度h適當(dāng)大些(過(guò)小，h不易測(cè)準(zhǔn)確;過(guò)大，阻力影響造成的誤差大)，二是多測(cè)幾次取平均值。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://douzifanli.com/gaozhong/379506.html
相關(guān)閱讀：用“通過(guò)單位路程所用的時(shí)間”可以表示速度嗎？