24實驗驗證機械能守恒定律

1、 實驗:驗證機械能守恒定律【知識準備】1.實驗目的：驗證機械守恒定律。2.實驗器材：鐵架臺（帶鐵夾），打點計時器，重錘（帶紙帶夾子）；紙帶數(shù)條，復寫紙片，毫米刻度尺；3.實驗原理： O n Sn Sn+1圖7-8-1圖1物體只在重力作用下自由落體時，物體機械能守恒，即減少的重力勢能等于增加的動能。如果物體下落高度h時速度為v，則有 。借助于打了點的紙帶測出物體下降的高度h和對應速度v，即可驗證物體自由下落時機械能是否守恒。測定第n點的瞬時速度的方法是：測出第n點前后兩段相等時間T內(nèi)下落的距離Sn、Sn+1，由公式 求出，如圖1所示。4.實驗步驟（1）在鐵架臺上安裝好 。（2）將紙帶的一端固定在

2、重錘的夾子上，另一端穿過打點計時器的 ，用豎直提起的紙帶使重錘靠在 附近。（3）先 ，再 ，讓重錘自由下落。（4）換上新紙帶， ，得到幾條打好的紙帶。（5）選擇點跡清晰，且第一、二兩點間距離接近 的紙帶，起始點標O，依次確定幾個計算點1、2、3 （6）用刻度尺測量下落高度h1、h2、h3，計算各計數(shù)點對應的重錘瞬時 。（7）計算各計數(shù)點對應的勢能減少量和動能增加，進行比較。5.注意事項：（1）打點計時器的安裝要穩(wěn)固，并使兩限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力.（2）實驗中，需保持提紙帶的手不動，待接通電源，打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶讓重物下落.（3）選取紙帶時，本著點跡清晰且第一、二兩點間

3、距離接近2mm的原則（為什么？）.（4）測下落高度時，須從起點量起，并且各點下落的高度要一次測定.（5）不需測出物體質(zhì)量，只需驗證vn2/2=ghn就行.（6）重錘要選密度大的，體積小的.【教材助讀】1實驗原理的理解：（1）因為打點計時器每隔0.02 s打點一次，在最初的0.02 s內(nèi)物體下落距離應為0.002 m，所以應從幾條紙帶中盡量挑選點跡清晰呈一直線且第一、二點間接近2 mm 的紙帶進行測量；二是在紙帶上所選的點應該是連續(xù)相鄰的點，每相鄰兩點時間間隔 t =0.02 s.（2）因為不需要知道物體在某點動能和勢能的具體數(shù)值，所以不必測量物體的質(zhì)量 m，而只需驗證vn2/2=ghn就行了。

4、2實驗操作注意事項：（1）打點計時器要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)，以盡量減少重物帶著紙帶下落時所受到的阻力作用。（2）必須先接通電源，讓打點計時器正常工作后才能松開紙帶讓重物下落。（3）測量下落高度時，必須從起始點算起，不能搞錯，為了減小測量h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點遠一些，紙帶也不易過長，有效長度可在60cm-80cm之內(nèi).3誤差分析：（1）本實驗的誤差主要來源于紙帶數(shù)據(jù)的處理上,及點與點測量的讀數(shù)上的誤差和各種阻力產(chǎn)生的誤差。還有注意必須先接通電源后放開紙帶.（2）實際上重物和紙帶下落過中要克服阻力做功，所以動能的增加量要小于勢能的減少量.（3）在驗證機械能守恒

5、的定律時，如果以為縱軸，h為橫軸,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的h圖線應是過原點的直線，才能驗證機械能守恒。h圖的斜率等于g的數(shù)值。【實驗操作】1. 自主設計表格，記錄實驗數(shù)據(jù)2. 數(shù)據(jù)處理3.實驗結(jié)論及反思【實驗探究】探究1 在驗證機械能守恒定律的實驗中，得到了一條如圖2所示的紙帶，紙帶上的點記錄了物體在不同時刻的位置，當打點計時器打點4時，物體的動能增加的表達式為Ek = 物體重力勢能減小的表達式為 EP= ，實驗中是通過比較 來驗證機械能守恒定律的（設交流電周期為T）.O. 3 4 5D3D5D4圖2做驗證機械能守恒定律的實驗中，紙帶上打出的點如圖3所示，若重物的質(zhì)量為m，圖中點P為打點計時器打出的

6、第一個點，則從起點P到打下點B的過程中，重物的重力勢能的減小量EP= J，重物的動能的增加量EK= J.（打點計時器的打點周期為0.02s，g=9.8m/s2，探究2 下面列出一些實驗步驟圖3A用天平測出重物和夾子的質(zhì)量；B將重物系在夾子上；C將紙帶穿過計時器，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子.再把紙帶向上拉，讓夾子靠近打點計時器；D拆下導線，整理器材.E打點計時器固定放在桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直線上；F在紙帶上選取幾個點，進行測量和記錄數(shù)據(jù)；G用秒表測出重物下落的時間；H接通電源待計時器響聲穩(wěn)定后釋放紙帶；I切斷電源；J更換紙帶，重新進行兩次；K在三條紙帶中選出較好的一條；

7、L進行計算，得出結(jié)論，完成實驗報告；以上步驟，不必要的有 ，正確步驟的合理順序是 O A B C9.5115.712.42圖4探究3 在用落體法驗證機械能守恒定律時，某同學按照正確的操作選得紙帶如圖4.其中O是起始點，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的3個點.該同學用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點的距離,并記錄在圖中(單位cm). 這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是_ ,應記作_cm. 該同學用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，已知當?shù)氐闹亓铀俣萭=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作為跟B點對應的物體的即時速度，則該段重錘重力勢能的減少量為_，而動能的增加量為_，(均保留3位有效

8、數(shù)字，重錘質(zhì)量用m表示).這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量_動能的增加量，原因是_. 另一位同學根據(jù)同一條紙帶，同一組數(shù)據(jù)，也用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，不過他數(shù)了一下：從打點計時器打下的第一個點O數(shù)起，圖中的B是打點計時器打下的第9個點.因此他用vB=gt計算跟B點對應的物體的即時速度，得到動能的增加量為_，這樣驗證時的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量_動能的增加量,原因是_.【鞏固練習】1在驗機械能守恒定律的實驗中，由于打點計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大阻力，這樣會使得（ ）O A B C D 0 7.8 17.6 31.4 49.0 (mm) 圖5A

9、 . B. C. D .以上都有可能2“驗證機械能守恒定律”的實驗采用重物自由下落的方法.h0h0ABh0h0CD圖6（1）用公式mv2/2=mgh時，對紙帶上起點的要求是 ，為此目的，所選擇的紙帶一、二兩點間距應接近 .（2）若實驗中所用的重錘質(zhì)量M = 1kg，打點紙帶如圖5所示，打點時間間隔為0.02s，則記錄B點時，重錘的速度vB = ，重錘動能EKB = .從開始下落起至B點，重錘的重力勢能減少量是 ，因此可得結(jié)論是 （3）根據(jù)紙帶算出相關各點速度V，量出下落距離h，則以為縱軸，以h為橫軸畫出的圖線應是圖6中的 .3在驗證機械能守恒定律的實驗中，所用電源的頻率為50HZ，某次實驗選擇的一條較理想紙帶如圖7所示，圖中O點為打點計時器的要的第一個點，A、B、C、D分別為每打