九验证机械能守恒定律

九 实验 验证机械能守恒定律九 实验 验证机械能守恒定律 要点导学要点导学 1 必须选择一个符合机械能守恒的运动模型来验证机械能守恒定律 本实验选择自由落 体运动模型来验证机械能守恒定律 是因为物体在自由落体运动过程中只 做功 满足 2 按照书本要求 本实验是验证自由落体轨迹上开始点和其后任意点的机械能守恒 为 此必须选择物体初速度为 判断开始点是否满足要求的依据是 为了 计算物体减少的重力势能 必须测量出物体 对应的测量器材是 为了计算出某点时刻物体的动能 必须测量出物体在该时刻的瞬时速度 其计算公式为 这是利用了什么原理 为了计 算物体的动能和重力势能 按理还需要知道物体的质量 但本实验中可以不测物体的质量 其原因是 3 实验操作过程中 是先接通电源开始打点还是先放开纸带 为什么 4 为了减小实验误差 应尽量减小重物下落时纸带所受的阻力 因此重锤应选 填重 轻 纸带应 放置 尽管采取了上述措施 但由于阻力还是存在的 所以实验中重力势能的减小量应 动能的增加量 这样才是符合实际的 范例精析范例精析 例题 例题 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 测得当地的重力加速度 g 9 8m s2 测得所用重物的质量为 1 00kg 实验中得到一点迹清 晰的纸带 如图 把第一点记作 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 到 0 点的距离分别为 62 99cm 70 18cm 77 76cm 85 73cm 根据以上 的数据 可知重物由 0 运动到 C 点 重力势能的减小量等于 J 动能的增加量等于 J 取三位有效数字 解析解析 重物从 O 点到 C 点下落高度 h 0 7776m WP mgh 1 009 80 7776J 7 62J 计算相应过程的动能增加量应先计算出 C 点的瞬时速度 vc 由图可知 vc xBD 2t 0 8537 0 7018 2 0 02 3 898 m s 故 Ek mvc2 2 1 00 3 8982 2J 7 56J 拓展拓展 有些认为动能增加量可以根据机械能守恒得到 Ek 0 762J 这样做犯了逻辑错误 因为实验目的就是要验证机械能是否守恒 验证过程中当然不能利用机械能守恒的结论 且实验中不可避免存在阻力 动能增加量不等于重力势能的减小量 能力训练能力训练 1 在本实验中 对自由下落的重物 下述选择的条件哪种更为有利 D A 只要有足够重就可以 B 只要体积足够小就可以 C 既要足够重 又要体积非常小 D 应该密度大些 还应便于夹紧纸带 使纸带随同运动时不致扭曲 2 在本实验中 有如下器材 A 打点计时器 B 低压交流电源 附导线 C 天平 附砝 码 D 铁架台 附夹子 E 重锤 附夹子 F 纸带 G 秒表 H 复写纸 其中不必要的 有 还缺少的是 C G 刻度尺 电键 3 下列列出一些实验步骤 A 用天平称出重物和夹子的质量 B 将重物系在夹子上 C 将纸带穿过计时器 上端用手提着 下端夹上系住重物的夹子 再把纸带向上拉 让 夹子静止在靠近打点计时器处 D 把打点计时器接在学生电源的交流输出端 把输出电压调至 6V 电源不接通 E 把打点计时器用铁夹子固定到放在桌边的铁架台上 使两个限位孔在同一直线上 F 在纸带上选取几个点 进行测量和记录数据 G 用秒表测出重物下落的时间 H 接通电源 待计时器响声稳定后释放纸带 I 切断电源 J 更换纸带重新进行两次实验 K 在三条纸带中选出较好的一条 L 进行计算 得出结论 完成实验报告 M 拆下导线 整理器材 对于本实验以上步骤中 不必要的有 正确步骤的合理顺序是 填 写代表字母 A G EDBCHIJMKFL 4 本实验中 设在选定的纸带上依次把点子记为 1 2 3 等计数点 如 图 纸带上所打点 记录了物体在不同时刻的 当打点计时器打点 4 时 物体动能的表达式应该是 若以计数点 1 为参考点 当打第 4 点时物体的机械能的表达式为 打点计时器的打点周期为 T 5 在验证机械能守恒定律的实验中 若以 v2 2 为纵轴 以 h 为横轴 根据实验数据绘出 v2 2 h 图线 才能验证机械能守恒定律 v2 2 h 图线的斜率等于 的 数值 过原点的一条直线 重力加速度 6 在本实验中 由于在运动的初始阶段计时器打出的一些点子模糊不清 故必须选择比 较清楚的点作为测量起点 今所选的测量范围的第 1 点在米尺上的位置为 x1 第 4 点在米尺 上的位置为 x2 第 7 点在米尺上的位置为 x3 第 10 点在米尺上的位置为 x4 若下落的物