高中物理必修二实验：验证机械能守恒定律-课件3

*理解实验原理，实验思路和方法**验证机械能守恒定律用细绳把铁锁吊在高处，并把铁锁拉到鼻子尖前释放，保持头的位置不动，铁锁摆回来时，会打着鼻子吗？试试看，并解释为什么．1．在这个实验里，我们来验证机械能守恒定律：在重力作用下，物体的________和________可以互相转化，但总的________守恒．2．某点瞬时速度的计算方法：匀变速直线运动中某段时间内的________速度等于_____________________．3．在本实验中，重物拖着纸带一起运动，重物(连纸带)除受重力外，还会受到一些阻力．重物会受到哪些阻力？怎样尽量减少这些阻力对实验的影响？答：______________________________________答案：1.重力势能；动能；机械能2．平均；这段时间中间时刻的瞬时速度3．重物(连纸带)会受到空气阻力和纸带与打点计时器限位孔之间的摩擦阻力；为减小空气阻力，应选取质量大、体积小的重物．为减小限位孔对纸带的摩擦阻力，应将打点计时器竖直架稳，释放纸带时手要持纸带上端验证机械能守恒定律．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互相转化，但总的机械能守恒．利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h并计算出瞬时速度v，从而验证物体在自由下落过程中，重力势能的减少量ΔEP＝mgh与物体动能的增加量ΔEK＝mv2/2相等．测定某点瞬时速度的方法是：物体做匀变速直线运动，在某时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度.铁架台(带铁夹)、电火花计时器或打点计时器；重锤(带纸带夹)；纸带(数条)、复写纸片、导线、毫米刻度尺、低压交流电源．注意：重锤应选体积较小、质量较大者，以减少空气阻力的影响．又因无需测其质量，所以本实验不用天平．在做“验证机械能守恒定律”实验时，以下说法正确的是(

)A．选用重锤时，重的比轻的好B．选用重锤时，密度大的比密度小的好C．选用重锤后要称质量D．重锤所受重力要远大于它所受的空气阻力和打点计时器对纸带的阻力答案：ABD①按图(甲)装置竖直架稳打点计时器，并用导线将打点计时器接在4～6V交流电源上．②将长约1m的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打点计时器，用手提着纸带，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，计时器就在纸带上打下一系列的点．④换几条纸带，重复上面的实验．⑤在取下的纸带中挑选第一、二两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量．先记下第一点0的位置，再任意取五个点1,2,3,4,5，用刻度尺测出距0点的相应距离，如图(乙)所示．⑥计算出各点对应的瞬时速度v1，v2，v3，….⑦计算各点对应的势能减少量mghn并和动能增加量mvn2/2进行比较.(1)应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要尽量减少各种阻力，采取的措施有：①铁架台应竖直安装，可使纸带所受阻力减小．②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．(2)应先接通电源让打点计时器开始打点，再放开纸带让重锤下落．(3)选取纸带的原则是：①点迹清晰②所打点呈一条直线①由于测量长度带来的误差属偶然误差，减小办法：一是测距离时都应从0点量起，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小量ΔEP，这属于系统误差．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面列出一些实验步骤：A．用天平称出重物和夹子的重量B．把重物系在夹子上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，让夹子靠近打点计时器静止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．把打点计时器固定在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上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，完成报告M．拆下导线，整理器材以上步骤中，不必要的有________，正确步骤的合理顺序是________(填写字母)．解析：只为了验证机械能守恒，没必要称量重物的质量．打点计时器本身就是计时仪器，不再需要秒表．答案：AG；EDBCHIJMKFL点评：做实验，要了解其目的、原理、器材及其思路，才能很好的把握过程(步骤)．无需死记硬背．(2010·广州高一检测)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，输出电压有6V的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.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端上；C．用天平测量出重锤的质量；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．测量打出的纸带上某些点之间的距离；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．指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，并说明其原因．答案：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.(江苏盐城中学高一检测)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.查得当地的重力加速度g＝9.8m/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，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的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm.(1)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)．(2)实验中产生系统误差的原因主要是____________________．为了减小误差，悬挂在纸带下的重物的质量应选择____________________．(3)如果以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的v2/2－h图线是______________，该线的斜率等于________．解析：(1)先判定D点的可靠性，即判定SBC－SAB是否等于SCD－SBC.如相等(或在误差范围内)，D点就可靠(即在D点之前物体做自由落体运动)，就可利用答案：(1)7.62

7.56(2)打点计时器对纸带的摩擦力；较重的(3)一条过原点的倾斜直线；当地重力加速度(9.80m/s2)点评：在验证机械能守恒定律的实验中，误差的一部分来自于空气阻力及纸带和打点计时器限位孔之间的摩擦，故重力势能的减少应等于动能增加量和克服阻力做功之和，所以此题在计算结果上肯定是重力势能减少的多，动能增加的少，其差值除偶然误差外，就是上述原因造成的．(哈师大附中高一检测)在当地重力加速度为9.8m/s2的实验室内进行验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率为50Hz.一同学选择了一条理想纸带，用刻度尺测量时各计时点位置对应刻度尺上的读数如图所示．图中O是自由落体的初始第一点，A、B、C、D是纸带上连续的几个点，图中数值的单位为厘米．根据实验并结合纸带回答下列问题：实验时要从几条纸带中挑选第一、二两点间的距离接近________并且点迹清晰的纸带进行测量；若重锤质量为mkg，则重锤从开始下落到B点时，减少的重力势能为________J；(数字部分保留三位有效数字)若重锤质量为mkg，则重锤到B点时，重锤的动能为________J．(数字部分保留三位有效数字)答案：2mm

6.88m

6.82m(2010·海南高考改编)利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示：(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平；②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l＝9.30mm.③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝________cm.④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已能过光电门2；⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式；①滑块通过光电门1和光电门2的瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________.②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________.③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝________(重力加速度为g)．(3)如果ΔEp＝________，则可认为验证了机械能守恒定律．点评：气垫导轨与滑块之间靠空气接触，二者之间的摩擦很小，可以忽略不计，所以在用此装置做实验时，没有必要再平衡摩擦力了．(上海交大附中高一检测)用DIS研究机械能守恒定律．将实验装置中的光电门传感器接入数据采集器，测定摆锤在某一位置的瞬时速度，从而求得摆锤在该位置的动能，同时输入摆锤的高度，求得摆锤在该位置的重力势能，进而研究势能和动能转化时的规律．实验中A、B、C、D四点高度为0.150m、0.100m、0.050m、0.000m，已由计算机默认，不必输入．现某位同学要测定摆锤在D点的瞬时速度．其实验装置如图(1)所示，接着他点击“开始记录”，同时让摆锤从图中所示位置释放，计算机将摆锤通过光电门传感器的速度自动记录在表格的对应处，如图(2)．图(2)

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