试验验证动能定理

实验：利用自由落体运动验证动能定理（请注意本次实验内容与“验证机械能守恒定律”实验的实验原理、器材、理论分析都是相同的，所以同学们慎重保管好此资料）一实验目的验证物体运动过程中，合外力做功等于物体动能的改变。二实验原理1在只有重力做功的自由落体运动中。若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力做功为_，动能的增加量为_，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了动能定理2速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度。如下图所示，计算打第n个点瞬时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn1，则vn_。若给出的数据是hn和hn1，则vn_【特别提醒】：公式中T指的是相邻计数点之间的时间间隔，任何题目肯定有明示或暗示的字词，对T的取值有说明：若直接以纸带上连续的点作为计数点，则T=_s；若以纸带上每5个点为一个计数点，（即在纸带上A、B之间还有4个点未标出），则T=_s纸带上的数据是用刻度尺测出的物理量，单位通常是cm或mm，代入公式运算时，要注意把其化成m。注意看清问题的结果是保留“几位效数字”还是“小数点后几位”3. 实验器材铁架台(含铁夹)，_，学生电源，纸带，复写纸，导线，_，重物(带纸带夹)若使用电磁式打点计时器，其工作电压为_V，打点周期为_s;若使用电火花打点计时器，其工作电压为_V，打点周期为_s;4.注意事项打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在_，以减小摩擦阻力应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，先_，打点计时器工作稳定后，再_测下落高度时，要从第一个打点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完如果不测出物体质量时，只需验证 _ ghn 也可以动能定理其中g的大小与地理位置有关，实验前必须要查阅重力加速度表，找出当地重力加速度的具体数值。速度不能用vngtn或计算。因为在匀加速直线运动中，牛顿运动定律与动能定理逻辑上是统一的，一旦使用牛顿运动定律公式计算，其实已经无形中认定了动能定理的正确性，再实验验证动能定理是否正确已经没有实验意义。三实验步骤1仪器安装按图562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_的地方先_，后_，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。本实验中，要尽量减小纸带摩擦力与空气阻力带来的影响。从上述的35条纸带中，应选点迹清晰，打点成一条直线，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带四数据处理办法（2种）（1）方法1：利用起始点和纸带上的第n点。假设o点为自由落体运动的起点，从o到n，若测出o到n的距离hn , 算出n点的速度vn则利用数据验证公式中的等号是否成立。（2）方法2：任取两点计算(1)任取两点A、B测出hAB，算出mghAB.(2)利用计算速度的办法分别算出A、B两点的速度vA和vB，再算出的值（请思考：为什么要用EKA EKB？如何测出A点、B点速度，需要哪些数据？）(4)在实验误差允许的条件下，从AB,若成立，则验证了机械能守恒定律五误差分析1系统误差：本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服阻力做功，所以重力做功其实是_动能的改变量（填略大于，等于，略小于）。这是不可避免的，属于系统误差，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力2偶然误差：本实验的另一误差来源于长度的测量，属于偶然误差减小误差的方法是测量物体的下落距离时，所选的距离尽可能大一些，或者多次测量取平均值【练习1】小明同学利用图所示的实验装置，进行“验证机械能守恒定律”的实验.（1）若该实验采用电火花打点计时器，则该打点计时器需要的是_电压（填直流、交流），电压大小为_V。（2）若实验室没有给出重锤的质量，实验前_测量重锤的质量（填需要、不需要）。小明按图中所示，正确安装好仪器后，合理的操作是：先_ ,让打点计时器工作打点，再放手让重锤向下做_运动，然后_，最后取下纸带，对纸带上的点痕进行测量计算。（3）该实验需要用到重力加速度g的大小，获得方法是( )A. 查表找出当地重力加速度g的具体大小B. 利用纸带数据，先计算出g的大小C. g取9.8m/s2 D. g取10m/s2(4) 小明同学选取以下的一段纸带，A、B、C、D、E为纸带上连续的点，其中A为纸带上的第一个的点，现对AD段进行研究其中D点对应的速度VD=_m/s;重物下落的高度为hAD=_cm（全部结果保留3位有效数字）；假设重力加速度为g，则还应计算 与 _大小是否相等（填字母表达式）；(5) 利用以上纸带，小明同学经过计算后，发现实验结果误差较大。请你找出小明实验时存在的问题：安装实验装置时存在的问题是 ；研究纸带时存在的问题是 ，导致实验误差可能较大【练习2】. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知电磁打点计时器所用的电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g9.80 m/s2，测得所用的重物质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带(如图563所示)，把第一个点记为O，另选连续的四个点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62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.（1）根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力做功为_J，动能的增加量等于_J(以上数据均取取三位有效数字)【练习3】(双选)在“利用自由落体运动验证动能定理”的实验中，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有()A用天平称出重物的质量B把打点计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来C把纸带的一端固定到重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重物提升到一定高度D接通电源，待打点稳定后释放纸带E用秒表测出重物下落的时间【练习4】.(单选) 利用图所示装置进行验证动能定理实验时，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，其中正确的方案是( )A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vB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vC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计算得出高度hD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【练习5】(2013届珠海模拟)在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图567所示O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g9.80 m/s2