2018-2019学度高中创新设计物理教科版2资料：第4章实验：验证机械能守恒定律

实验：验证机械能守恒定律

阅读教材第74～75页，“学生实验：验证机械能守恒定律”部分，知道实验原理、实验器材、实验步骤及数据处理。实验目的1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。2．掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。mgh

mgh

实验器材

铁架台(带铁夹)、_______________、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、_______________。电磁打点计时器

低压交流电源

实验过程一、实验步骤1．安装置：按图将检查、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_______打点计时器的地方。先__________，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3～5次实验。3．选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为_______的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2mm的第一个点作为起始点，记作O，在距离O点较远处再依次选出计数点1、2、3……4．测距离：用刻度尺测出O点到1、2、3……的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3……靠近

接通电源

2

mm

二、数据处理原点g

误差分析1．在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差。2．重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成_______，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。3．由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差。内能

注意事项1．应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：

(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小__________。

(2)应选用质量和密度较_______的重物，增大重力可使阻力的影响相对_________，增大密度可以减小体积，使空气阻力减小。摩擦阻力

大

减小

[例1]

如图1为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：实验原理与操作

[精典示例]图1

(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有________。(填入正确选项前的字母) A．米尺

B．秒表

C．0～12V的直流电源

D．0～12V的交流电源

(2)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材

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．先接通电源，后释放纸带，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

其中操作不当的步骤是________________。

(3)实验中误差产生的原因有_______________________(写出两个原因)。

(4)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图2所示。使用交流电源的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a＝________________。(用x1、x2、x3、x4及f表示)图2

[例2]

(2016·全国卷Ⅰ)某同学用图3甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz，打出纸带的一部分如图乙所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他条件进行推算。实验数据的处理

[精典示例]图3

(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图乙中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为________，打出C点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度大小为________。

(2)已测得s1＝8.89cm，