机械能守恒定律实验.doc

验证机械能守恒定律 2课时主备人：夏意兰 审核人：高三物理备课组一、实验目的验证机械能守恒定律二、实验原理1在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律2计算打第n个点时速度的方法：测出第n个点与相邻前后点间的距离xn和xn1，由公式vn或vn算出，如图1所示 三、实验器材铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)四、实验步骤1按图2所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路2打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落更换纸带重复做35次实验3选纸带：分两种情况说明(1)应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选(2)用mvB2mvA2mgh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用4数据处理：在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3利用公式vn计算出点1、点2、点3的瞬时速度v1、v2、v35验证方法一：利用起始点和第n点计算代入ghn和vn2，如果在实验误差允许的条件下ghnvn2，则机械能守恒定律是正确的方法二：任取两点计算(1)任取两点A、B测出hAB，算出ghAB.(2)算出vB2vA2的值(3)若在实验误差允许的条件下ghABvB2vA2，则机械能守恒定律是正确的方法三：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据给出v2h图线若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒五、注意事项1安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力2重物应选用质量大、体积小、密度大的材料3应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落4纸带长度应选用60 cm左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量速度不能用vxgtx或vx计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用vngtn计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hngtn2或hn计算得到打点计时器纸带夹子重物3用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带的点痕进行测量，即可验证机械能守恒定律。（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：A按照图示的装置安装器件；B将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C用天平测出重锤的质量；D释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E测量纸带上某些点间的距离；F根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。其中没有必要进行的或者操作不当的步骤，将其选项对应的 字母填在下面的空行内，并说明其原因。答： （写在答题卷上）As2s1BCDEs0O（2）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。如图所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出A距起始点O的距离为s0，点AC间的距离为s1，点CE间的距离为s2，使用交流电的频率为f，根据这些条件计算重锤下落的加速度a_。（3）在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加，其原因主要是因为在重锤下落的过程中存在阻力作用，可以通过该实验装置测阻力的大小。若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，还需要测量的物理量是_。试用这些物理量和纸带上的数据表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小F_。3步骤B是错误的。应该接到电源的交流输出端。步骤D是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带。步骤C不必要，因为根据测量原理，重锤的动能和势能中都包含了质量m，可以约去。重锤的质量m ，5(2010安徽理综21)利用图1所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案：图1a用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过vgt计算出瞬时速度v.b用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v计算出瞬时速度v.c根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过h计算出高度h.d用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v.以上方案中只有一种正确，正确的是_ d_(填入相应的字母)7在验证机械能守恒定律的实验中，质量m1 kg的重锤自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如图4所示，O点为打点计时器所打的第一个点，相邻记数点时间间隔为0.02 s，长度单位是cm，g取9.8 m/s2.(结果均保留两位有效数字)求： 图4打点计时器打下记数点B时，物体的速度vB_ _；从点O到打下记数点B的过程中，物体重力势能的减小量Ep_ _，动能的增加量Ek_；根据题中提供的条件，可求出重锤实际下落的加速度a_ _.即使在实验操作规范，数据测量及数据处理很准确的前提下，该实验测得的Ep也一定略大于Ek，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因_40.97 m/s0.49J0.47 J 9.6 m/s2重锤和纸带都受到阻力的作用，因此机械能有损失8小张利用教材上“验证机械能守恒定律”的实验装置,将重物连接在穿过打点计时器限位孔的纸带上，让重物无初速度下落来研究重物的运动情况和测量当地的重力加速度直。他按正确的操作打下并选得纸带如图所示，其中O是起始点，A到E之间的各点是打点计时器连续打下的各个点。已知打点频率为f，该同学测得O到A、C、E各点的距离分别为d1,d2,d3打点计时器打D点时.重物的速度大小是_。测得的重力加速度大小是_。11、用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验，打点计时器的打点周期为，重锤的质量为，重力加速度为。完成下面部分实验步骤的有关内容A按图示的装置安装器件B将打点计时器接到 (填“直流”或“交流”) 电源上。C先 ，再 ，让重锤拖着纸带从高处自由下落。如图是实验打出的纸带，是速度为零的点，、为从合适位置选取的三个连续点 (其他点未画出) ，量得此三点与点的距离分别为、取图18中和 (填“”、“”或“”) 点来验证机械能守恒定律比较简捷方便，打点计时器打下该点时重锤的动能 。（用已知的符号表示）B、如图所示，