5.9實驗：驗證機械能守恒定律

學習目標:
1. 學會利用自由落體運動驗證機械能守恒定律。
2. 進一步熟練掌握應用計時器打紙帶研究物體運動的方法。
學習重點: 1. 驗證機械能守恒定律的實驗原理和步驟。
2. 驗證機械能守恒定律實驗的注意事項。
學習難點: 驗證機械能守恒定律實驗的注意事項。      
主要內容:
一、實驗原理
    物體在自由下落過程中，重力勢能減少，動能增加。如果忽略空氣阻力，只有重力做功，物體的機械能守恒，重力勢能的減少等于動能的增加。設物體的質量為m，借助打點計時器打下紙帶，由紙帶測算出至某時刻下落的高度h及該時刻的瞬時速度v；進而求得重力勢能的減少量│△ep│=mgh和動能的增加量△ek=1/2mv2；比較│△ep│和△ek，若在誤差允許的范圍內相等，即可驗證機械能守恒。
測定第n點的瞬時速度vn：依據“物體做勻變速直線運動，在某段時間內的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度”，用公式vn=（hn+1-hn-1）/2t計算(t為打下相鄰兩點的時間間隔)。
二、實驗器材
    電火花計時器(或電磁打點計時器)，交流電源，紙帶(復寫紙片)，重物(帶紙帶夾子)，導線，刻度尺，鐵架臺(帶夾子)。
三、實驗步驟
 (1)按圖裝置固定好計時器，并用導線將計時器接到電壓合適的交流電源上(電火花計時器要接到220 v交流電源上，電磁打點計時器要接到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，使另一端穿過計時器的限位孔，用手豎直提著紙帶，使重物靜止在靠近計時器的地方。
 (3)接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計時器就在紙帶上打下一系列小點。
 (4)換幾條紙帶，重做上面的實驗。
 (5)從幾條打上了點的紙帶上挑選第一、二兩點間的距離接近2 mm且點跡清晰的紙帶進行測量。
(6)在挑選出的紙帶上，先記下打第一個點的位置0(或a)，再任意選取幾個點1、2、3(或b、c、d)等，用刻度尺量出各點到0的距離h1、h2、h3等，如圖所示。
(7)用公式vn=（hn+1-hn-1）/2t計算出各點對應的瞬時速度v1、v2、v3等。
(8)計算出各點對應的勢能減少量mghn和動能的增加量1/2mvn2的值，進行比較，得出結論。
四、實驗記錄

五、實驗結論
    在只有重力做功的情況下，物體的重力勢能和動能可以相互轉化，但機械能的總量保持不變。
六、實驗注意事項
 (1)計時器要豎直地架穩、放正。架穩就是要牢固、穩定。重物下落時它不振動；放正就是使上下兩個限位孔在同一豎直平面內一條豎直線上與紙帶運動方向相同，以減小紙帶運動時與限位孔的摩擦(可用手提住固定好重物的紙帶上端，上下拉動紙帶，尋找一個手感阻力最小的位置)。
 (2)打點前的紙帶必須平直，不要卷曲，否則紙帶在下落時會卷到計時器的上邊緣上，從而增大了阻力，導致實驗誤差過大。
 (3)接通電源前，提紙帶的手必須拿穩紙帶，并使紙帶保持豎直，然后接通電源，待計時器正常工作后，再松開紙帶讓重物下落，以保證第一個點跡是一個清晰的小點。
 (4)對重物的要求：選用密度大、質量大些的物體，以減小運動中阻力的影響(使重力遠大于阻力)。