实验　验证机械能守恒定律

出处：按学科分类—文体、科学、教育 商务印书馆国际有限公司《高中数理化公式定理大全》第214页（1291字）

1．实验注意事项

(1)计时器要竖直地架稳、放正，架稳就是要牢固、稳定，重物下落时它不振动；放正就是使上下两个限位孔在同一竖直平面内一条竖直线上与纸带运动方向相同，以减小纸带运动时与限位孔的摩擦(可用手提住固定好重物的纸带上端，上下拉动纸带，寻找一个手感阻力最小的位置)．

(2)打点前的纸带必须平直，不要卷曲，否则纸带在下落时会卷到计时器的上边缘上，从而增大了阻力，导致实验误差过大．

(3)接通电源前，提纸带的手必须拿稳纸带，并使纸带保持竖直，然后接通电源，待计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落，以保证第一个点迹是一个清晰的小点．

(4)对重物的要求：选用密度大、质量大些的物体，以减小运动中阻力的影响(使重力远大于阻力)．

(5)纸带的挑选，应挑选第一、二两点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量，这是因为：本实验的前提是在重物做自由落体运动的情况下，通过研究重力势能的减少量与动能的增加量是否相等来验证机械能是否守恒的，故应保证纸带(重物)是在打第一个点的瞬间开始下落，计时器每隔0．02s打一次点，做自由落体运动的物体在最初0．02s内下落的距离h₁=1/2gt₁²=1/2×9．8×0．02²m≈0．002m=2mm，所以若纸带第一、二两点间的距离接近2mm，就意味着重物是在打第一个点时的瞬间开始下落的，从而满足本次实验的前提条件(打第一个点物体的初速度为零，开始做自由落体运动)．

(6)测量下落高度时，必须从起点O量起，为了减小测量h的相对误差，选取的计数点要离O点适当远些(纸带也不宜过长，其有效长度可在60cm～80cm以内)．

(7)本实验并不需要知道重力势能减少量和动能增加量的具体数值，只要对mgh与1/2mv²进行比较(实际上只要验证1/2v²=gh即可)以达到验证机械能守恒的目的，所以不必测出重物的质量．

2．误差分析

(1)做好本实验的关键是尽量减小重物下落过程中的阻力，但阻力不可能完全消除，本实验中，误差的主要来源是纸带摩擦和空气阻力，由于重物及纸带在下落中要不断地克服阻力做功，因此物体动能的增加量必稍小于重力势能的减少量，这是系统误差，减小系统误差的方法有选用密度大的实心重物，重物下落前纸带应保持竖直，选用电火花计时器等．

(2)由于测量长度会造成误差，属偶然误差，减少方法一是测距离都应从起点O量起，下落高度h适当大些(过小，h不易测准确；过大，阻力影响造成的误差大)，二是多测几次取平均值．