实验目的

    学会用打点计时器验证机械能守恒定律的实验方法和技能。

实验器材

    打点计时器、纸带、复写纸、低压电源、重物（附纸带夹子）、刻度尺、铁架台（附夹子）、导线。

实验原理

    只有重力做功的自由落体运动遵守机械能守恒定律，即重力势能的减少量等于动能的增加量。利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度，计算出瞬时速度，即可验证物体重力势能的减少量与物体动能的增加量相等。

实验步骤

    1.将打点计时器固定在支架上，并用导线将打点计时器接在交流电源上。

    2.将纸带穿过打点计时器，纸带下端用夹子与重物相连，手提纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。

    3.接通电源，松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打下一系列小点；重复实验几次，从几条打上点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm，且点迹清晰的纸带进行测量。

    4.记下第一个点的位置O，在纸带上选取方便的个连续点1,2,3,4,5，用刻度尺测出对应的下落高度h₁,h₂,...；用公式计算各点对应的瞬时速度；计算各点对应的势能减少量和动能增加量，进行比较。

注意事项

    １.安装打点计时器时，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦阻力。

    ２.实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常后才能松开纸带让重锤下落。

    ３.纸带上端最好不要悬空提着，而要用手按在墙上，这样可保证下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点。

    ４.测量下落高度时，都必须从起点算起，不能搞错。为了减小测量值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，约40cm即可；实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，所以动能的增加量必定稍小于势能的减少量。

    ５.因不需要知道动能的具体数值，所以不需要测出重物的质量m。

1、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. 用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 _____，其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是 _____。（均只需填步骤的代号）

    2、在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz。查得当地重力加速度g=9.80m/s²,测得所用的重物的质量为1.00kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于____J，动能的增加量等于____J（取3位有效数字）。

3、在验证机械能守恒定律时，如果以 为纵轴，以h为横轴，（h为从第一点到选定点的距离）根据实验数据绘出的 图象应是什么形状才能验证机械能守恒定律，图线的斜率表示什么？

机械能守恒定律

      关于质点的机械能守恒定律可表述为：如果只有保守力（重力和弹力）对质点做功，则质点的动能和势能的总和保持不变。这一定律可简单地推证如下：

      设在保守力场中运动的某一质点，在位置1时的动能和势能分别为T1和V1，在位置2时的动能和势能分别为T2和V2，质点由位置1移到位置2的过程中，场力所做的功为W。根据质点的动能定理，有：

T₂-T₁=W₁₂，

      根据势能的性质，有：

W₁₂=V₁-V₂，

      由此可得：                  T₂-T₁=V₁-V₂

      即 ：                       T₂+V₂=T₁+V₁=常量。

      质点系的机械能守恒定律可表述为：如果质点系所受的外力和内力中，只有保守力（重力和弹力）做功，非保守力都不做功，则质点系的动能和势能（包括外势能和内势能）的总和保持不变。

      如果把保守力看成系统的内力，势能是系统内部的能量，机械能守恒定律可表述为：如果质点系内只有保守力（重力和弹力）做功，保守内力和一切外力都不做功。系统内动能和势能的总和保持不变。

      机械能守恒定律，或者更普遍的能量守恒定律，是与时间平移对称性相联系的。所谓时间平移对称性，就是物理规律不随时间的变化而改变。例如，万有引力定律、静电力的库仑定律，在今天和古代是一样的。要测量某些物理常量，例如电子的电荷或引力常量，前天测得的结果跟今天测得的结果是一样的。