第六单元验证机械能守恒定律

第六单元验证机械能守恒定律第一页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验目的验证物体做自由落体运动过程中机械能守恒。第二页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验原理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相互转化，但总的机械能守恒，若物体某时刻即时速度为v，下落高度为h，恒有：01234第三页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验原理2、借助打点记时器，通过纸带测出重物某时刻高度h和该时刻的即时速度vt，即可验证机械能守恒定律。01234第四页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验原理3、测定第n点的即时速度的方法是：测出第n点的相邻的前、后两段相等时间T内下落的距离由下列公式算出：01234S3S4d4d2第五页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验仪器铁架台（带铁夹）、打点记时器、重锤（带纸带夹子）、纸带几条、复写纸片、导线、直尺、学生电源第六页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验步骤(1)按图把打点记时器安装在铁架台上，用导线把打点记时器与学生电源连好。(2)把纸带的一端在重锤上用架子固定好，另一端穿过记时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点记时器附近。第七页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验步骤(3)先接通电源，后松手让重锤带着纸带下落。(4)重复几次，得3—5条纸带。(5)在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在起始点标上O，以后各依次标上1、2、3…..用刻度尺测出对应高度h1、h2、h3……第一个间隔，一定要求是2mm左右吗第八页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验步骤(6)应用公式计算各点对应的速度v1、v2、v3...(7)计算各点对应的势能减少量和动能的增加量进行比较。第九页，共六十二页，编辑于2023年，星期四注意事项（1）实验中打点记时器的安装，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦力．（2）实验时，必须先接通电源，让打点记时器工作正常后才松开纸带让重锤下落．（3）打点记时器必须接50Hz交流低压电源.（4）必须保留纸带上打出点迹的第一点,且第1、2点间距约为2mm的纸带误差小。（5）实验中，只要验证gh是否等于v2/2即可，不用测重锤的质量。误差分析：由于重锤克服阻力作功，所以动能增加量略小于重力势能减少量。第十页，共六十二页，编辑于2023年，星期四思维•能力•训练为进行《验证机械能守恒》实验，有下列器材可选用：铁架台、打点记时器、复写纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、电键、天平，其中不必的器材是____________________________;缺少的器材是________________________。秒表、天平、低压直流电源低压交流电源、刻度尺、重物第十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期四思维•能力•训练在“验证机械能守恒”的实验中，已知打点记时器所用的电源的频率50Hz，查得当地重力加速度为g=9.8m/s2,测得所用的重物的质量为1.00kg。实验中得到一条如图所示点迹清晰的纸带，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______焦，动能的增加量等于______焦(取3位有效数字)。7.627.57Vc=3.89m/s第十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期四

思维•能力•训练

在验证机械能守恒的定律时，如果以v2/2为纵轴，根据实验数据绘出的v2/2-h图线应是________________，才能验证机械能守恒，v2/2-h图的斜率等于_____________的数值。过原点O的倾斜直线重力加速度g第十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期四验证机械能守恒定律第十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期四验证机械能守恒定律实验原理实验步骤注意事项07学年南京市期末质量调研12(2)

07届南京市综合检测(一)11广东省重点中学12月月考检测题1107届广东省惠阳市综合测试卷三11

江苏省如东高级中学07年2月期末试卷12(3)第十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验原理:实验目的:验证机械能守恒定律。当物体自由下落时，只有重力做功，物体的重力势能和动能互相转化，机械能守恒。若某一时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高度为h，则应有：借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒，实验装置如图所示。测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点的相邻前、后两段相等时间T内下落的距离sn和sn+1，由公式，或由算出,如图所示。

Onsnsn+1dndn+1dn-1第十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验步骤:实验器材:铁架台（带铁夹），打点计时器，学生电源，导线，带铁夹的重缍，纸带，米尺。1．按如图装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。2．把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近，纸带上端用夹子夹住。3．接通电源，松开纸带，让重锤自由下落。4．重复几次，得到3～5条打好点的纸带。第十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期四5．在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm，且点迹清晰的一条纸带，在起始点标上0，以后各依次标上1，2，3……，用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3……。计算各点对应的即时速度v1、v2、v3……。6．应用公式7．计算各点对应的势能减少量mghn和动能的增加量1/2mvn2，进行比较。第十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期四注意事项:1．打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。2．选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近2mm的纸带。3．因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重锤的质量。第十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期四07学年南京市期末质量调研12(2)

12.（2）在用“用打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，质量m=1.00kg的重物拖着纸带竖直下落，打点计时器在纸带上打下一系列的点，如图，相邻计数点时间间隔为0.04s，P为纸带运动的起点，从打P到打下B过程中物体重力势能的ΔEP=

J，在此过程中物体动能的增加量ΔEK=

J（已知当地的重力加速度g=9.8

m/s2，答案保留三位有效数字）。用v表示各计数点的速度，h表示各计数点到P点的距离，以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的v2/2-h图线，若斜率等于某个物理量的数值时，说明重物下落过程中机械能守恒，该物理量是

。

PABC15.523.25单位cm32.502.282.26当地重力加速度第二十页，共六十二页，编辑于2023年，星期四11、在“验证机械能守恒定律”的实验中，让重锤自由落下，根据打出的纸带也可以测量重锤下落的加速度a的数值，如图所示是在打出的纸带上选取的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s0，A、C两点间的距离为s1，C、E两点间的距离为s2，使用的交流电的频率为f，则根据这些数值计算重锤下落的加速度a的表达式为a=

.在此实验中发现,重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能,其主要原因是重锤在下落过程中受到阻力的作用,如果要测定该阻力的大小,在知道重力加速度的准确值为g时,还需要测量的物理量是__________（写出名称和符号)。试用这些物理量和上面纸带中的测量数据表示重锤在下落过程中受到的阻力大小为F=

.07届南京市综合检测(一)11重锤质量mABCDEs1s2s0O②①①②第二十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期四广东省重点中学12月月考检测题11ABCD0.98cm1.42cm1.78cm字母表示),记录C点时重锤的动能EKC=0.32mJ;重锤从B点到C点重力势能变化量是

J,动能变化量是

J.从而可以得出结论：

.11.(16分)(1)在做“验证机械能守恒定律”的实验时，实验小组A不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了,剩下的一部分纸带上各点间的距离如图所示的数值，已知打点计时器的周期为T=0.02s,重力加速度g=9.8m/s2;重锤的质量为m,已知S1=0.98cm,S2=1.42cm,S3=1.78cm,则记录B点时重锤的动能EKB=

J(写计算式用0.142m0.14m在实验误差范围内,只有重力做功时,物体的机械能守恒.第二十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期四（2）在验证机械能守恒定律的实验中①自由落下的重锤质量要大一些，这是为了减少

对实验的影响.②实验中

测定重锤的质量(填“要”或“不要”).③实验小组C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,因此想到可以通过该实验装置测阻力的大小.根据已知当地重力加速度公认的较准确的值为g,电源的频率为f,又测量出物理量

,

.他（她）们用这些物理量求出了重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小F＝

（用字母表示）.空气阻力和打点计时器器对纸带的阻力不要相邻的两点间的位移S1、S2、S3、S4重锤的质量m

第二十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期四07届广东省惠阳市综合测试卷三11

11.电磁打点计时器是一种计时装置，请根据电磁打点计时器的相关实验回答下列问题：（1）在验证机械能守恒定律的实验中，质量m＝1kg的重锤自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图所示，相邻计数点的时间间隔为0.02s，长度单位：cm，当地的重力加速度g＝9.80m/s2．那么：①纸带的

端与重物相连（填“左”或“右”）．②从起点O到打下计数点B的过程中，重力势能的减小量为ΔEP＝

J，物体动能的增加量ΔEK＝

J．（均取两位有效数字）③通过计算，数值ΔEP与ΔEK并不相等，这是因为

．OB3.074.806.91左解：mgh=9.8×4.8×10-2=0.47J0.47vB=(6.91-3.07)×10-2/0.04=0.96m/s1/2mvB2=

0.46J0.46下落过程中要克服阻力做功第二十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期四（2）某同学在测定匀变速直线运动的加速度时，得到了几条较为理想的纸带．他已在每条纸带上按每5个点取好计数点，即相邻两计数点之间的时间间隔为0.1s，依打点先后编为0、1、2、3、4、5．由于不小心，几条纸带都被撕断了，如图所示，请根据给出的A、B、C、D四段纸带回答：①B、C、D三段中选出从纸带A上撕下的那段应该是

．②打A纸带时,物体的加速度大小是

m/s2．（取三位有效数字）48.1mm54B54.0mm54C60.2mm54D30.0mm36.0mm012AC0.600第二十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期四江苏省如东高级中学07年2月期末试卷12(3)12⑶如图甲用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之匀速运动。当接通电源待电机稳定转动后，烧断悬挂圆柱棒的细线，圆柱棒自由下落，毛笔可在圆柱棒的纸上画出记号。图乙是按正确操作顺序画出的一条纸带，O是画出的第一个痕迹，A、B、C、D、E、F、G是依次画出的痕迹，设毛笔接触棒时不影响棒的运动。测得痕迹之间沿棒方向的距离依次为OA=26.0mm、AB=50.0mm、BC=74.0mm、CD=98.0mm、DE=122.0mm、EF=146.0mm，已知电动机铭牌上标有“1200r/min”字样，由此验证机械能守恒定律.根据以上内容，可得：第二十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期四①根据乙图所给的数据，可知毛笔画下痕迹B、E两时刻间棒的动能变化量为

J，重力势能的变化量为

J，由此可得出的结论是

。（g取9.80m/s2，结果保留三位有效数字）②实验中某同学利用获得的实验数据同时测定了当地的重力加速度g的值。假设OF间的距离为h，EG间的距离s。电动机转动频率用f表示。有下面三种方法求重力加速度的值，分别是：DEFGCBAO乙电动机毛笔甲2.822.88在误差范围内，圆柱棒的机械能守恒第二十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期四C．根据，而，而（其中）,求得：（其中），求得：B．根据，其中A．根据，其中，求得：你认为用哪种方法比较妥当?其它方法可能存在的问题是什么?答：

。方法C比较妥当方法A、B都用到了t=6/f,但OA间的时间间隔一般不等于1/f（要小于它），因此t≤6/f从而A、B两种方法存在问题。题目第二十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验六验证机械能守恒定律第二十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期四【实验目的】【实验原理】【实验器材】【实验内容】【注意事项】【实验练习】【误差分析】第三十页，共六十二页，编辑于2023年，星期四验证机械能守恒定律。

【实验目的】第三十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期四如果忽略空气的阻力，这时物体的机械能守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，下落距离为h时物体的瞬时速度为V，则势能减少mgh，动能增加，故有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可以相互转化，但总的机械能守恒。【实验原理】mgh＝第三十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期四利用打点计时器打出的纸带，测出重物下落的高度h，利用时间t内的平均速度等于该段时间中点时刻的瞬时速度，算出对应时刻的瞬时速度V，即可验证机械能是否守恒。hV第三十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期四铁架台（带铁夹）、电火花计时器或打点计时器、直尺、重锤、纸带、复写纸片、导线、电源。

【实验器材】第三十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期四【实验内容】1、步骤(1)如图所示，把打点计时器竖直地固定在置于桌边的铁架台上，将打点计时器与电源连接好。

(2)将纸带穿过电火花记时器或打点计时器的限位孔，并把纸带的一端固定在重物上，使重物停靠在打点计时器的地方，先用手提着纸带。

(3)先接通电源，松开纸带，让重物带着纸带自由下落，计时器就在纸带上打下一列小点。

电火花计时器纸带夹子重物第三十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期四(4)重复几次，得到3～5条纸带。

(5)在打好点的纸带中挑选“点迹清楚且第一、二两点间距离约为2mm”的一条纸带，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个连续的点1、2、3……，并用刻度尺依次测出各点到位置O的距离，这些距离就是物体运动到点1、2、3、……时下落的高度h1、h2、h3……。(6)应用平均速度就是中间时刻的瞬时速度的方法

，计算出各点对应的瞬时速度V1、V2、V3……。(7)把得到的数据真入表格里，计算各点对应的势能减少量mgh，以及增加的动能mV2/2，并比较是否跟理论一致。计算时g取当地的数值。第三十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期四2、记录及数据处理g＝9.8m/s2，T＝0.02s。AOEDCBh3(OD)h1(OB)h2(OC)

ΔEp1＝mgh1ΔEp2＝mgh2ΔEp3＝mgh3

第三十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期四S1(AB)S2(BC)S3(CD)S4(DE)

第三十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期四3、结论：第三十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期四(1)安装计时器时竖直架稳，计时器的两限位孔必须在同一竖直线上，以减少重物带动纸带下落过程受到的阻力。(2)实验时必须先接通电源，然后松开纸带让重物下落。(3)测量下落高度时，必须从起始点算起。选取的各计数点要离起始点远些，可减少物体下落距离h的测量误差。纸带不宜过长，约40㎝即可。因重物自由下落时的加速度较大，每两个计数点间的时间间隔不一定取连打5个点的时间为计时单位。【注意事项】第四十页，共六十二页，编辑于2023年，星期四(4)实验中因不需要知道动能和势能的具体数值，故不需测物体的质量m。(5)实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，所以动能的增加量要小于势能的减少量。(6)纸带的上端最好不要悬空提着，要保证重物下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的小点。(7)纸带挑选的标准是第一、二两点间的距离接近2mm。第四十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期四(1)由于测量长度带来的误差属偶然误差，减小的办法一是测距离时都从起点O量起，二是多测几次取平均值。(2)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，故动能的增加量ΔEK必定稍小于势能的减少量ΔEP，这是属于系统误差。【误差分析】第四十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期四【实验练习】1、在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面叙述正确的是[]A．应用天平称出重物的质量。B．应当选用点迹清晰，第一、二两点距离约2mm的纸带进行测量。C．操作时应先放纸带，后接通电源。D．打点计时器应接在电压为4～6V的直流电源上。答案：B第四十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期四2、在验证重锤自由下落过程中机械能守恒的实验中，下列说法正确的是[]A．实验时，应先接通打点计时器，等打点稳定后再释放纸带B．必须用天平称量所用重锤的质量C．为了方便，应在打下的纸带上每5个点取一个计数点进行测量和计算D．本实验的系统误差，总是使重力势能的减少量大于动能的增加量答案：AD第四十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期四3、在“验证机械能守恒定律”的实验中：需直接测量的物理量是____________________；间接测量的物理量是____________________。参考答案：重锤下落的高度h 重锤运动的速度V第四十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期四4、在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证重锤下落时重力势能的减少等于它动能的增加，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．用天平称出重锤的质量B．把电火花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锤上，另一端穿过电火花计时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度D．接通电源，释放纸带E．用秒表测出重锤下落的时间ABE第四十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期四5、在《验证机械能守恒定律》的实验中，打点计时器所接交流电频率为50Hz，当地重力加速度g＝9.80m/s2。实验选用重锤质量为m(kg)，从所打纸带中选择一条合适的纸带，此纸带第1、2点间的距离应接近

。纸带上连续的点A、B、C、D至第1点O的距离如图所示，则重锤从O运动到C，重力势能减少_________J，重锤经过C时的速度为

m/s，其动能增加

J。OABCDcm43.049.656.162.8参考答案：2mm5.50m 3.30 5.45m第四十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期四9实验：验证机械能守恒定律第四十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期四复习回顾1、什么叫机械能守恒？2、机械能守恒的条件是什么？3、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？质量为m的物体从O点自由下落，以地面为零参考面，经过A、B两点的速度分别为VA和VB，A、B两点距地面的高度分别为hA、hB。4、如何推导机械能守恒的表达式？第四十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期四本实验借助实验目的验证机械能守恒定律自由落体运动第五十页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验原理2A2B2121mvmvmgΔh-=？要证明上式是否成立，需要测量哪些物理量？如何测量这些物理量？第五十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期四测量这些物理量，需要哪些器材？实验器材重物、打点计时器、纸带、交流电源、铁架台、夹子、天平、毫米刻度尺第五十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验步骤与操作1、选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。第五十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验步骤与操作2、安装打点计时器时，应注意什么问题？计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。3、这样做的目的是什么