高中物理必修二7.9《實驗驗證機械能守恒定律》

1、第七章 機械能守恒定律 第九節(jié) 實驗:驗證機械能守恒定律【知能準(zhǔn)備】1.實驗?zāi)康模候炞C機械能守恒定律2.實驗原理： 在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能和動能可以相互轉(zhuǎn)化，但總的機械能守恒。設(shè)某時刻物體的瞬時速度為V，下落高度為h，則有：mghmv2/2 。故可利用打點計時器測出重物下落時某時刻的瞬時速度及下落的高度，即可驗證機械能是否守恒。3.實驗器材： 打點計時器、刻度尺 、 電源、紙帶、復(fù)寫紙片、重物、帶有鐵夾臺、導(dǎo)線兩根2-9-14.實驗步驟： （1）如圖2-9-1所示，將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過打點計時器；用手握著紙帶，讓重物靜止地靠近打點計時器，然后接通電源，松開紙帶

2、，讓重物自由落下，紙帶上打下一系列小點。更換紙帶,用同樣的方法再打幾條以備選用.從幾條打下點的紙帶中挑選第一、二點間距離接近2mm且點跡清楚的低帶進行測量，測出一系列各計數(shù)點到第一個點的距離d1、d2，據(jù)公式Vn ，計算物體在打下點1、2時的即時速度v1、v2，計算相應(yīng)的動能的增加值。用刻度尺測量紙帶從點O到點1、2之間的距離h1、h2，計算出相應(yīng)減少的重力勢能。計算各點對應(yīng)的勢能減少量mgh，以及增加的動能mv2/2，并進行比較?！就綄?dǎo)學(xué)】1.原理理解：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(yīng)為0.002 m，所以應(yīng)從幾條紙帶中盡量挑選點跡清晰呈一直線且

3、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(yīng)該是連續(xù)相鄰的點，每相鄰兩點時間間隔 t =0.02 s.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，而只需驗證就行了。例1:在驗證機械能守恒定律的實驗中，得到了一條如圖2-9-2所示的紙帶，紙帶上的點記錄了物體在不同時刻的位置，當(dāng)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(shè)交流電周期為T）。O. 3 4 5D3D5D42-9-2解答：Ek =； EP =mgD4 ；與 gD4是否相等例2:關(guān)于驗證機械能守恒定

4、律的下列說法中正確的是：A、選用重物時，重的比輕的好； B、選用重物時，體積小的比大的好；C、選定重物后，要稱出它的質(zhì)量；D、重物所受的重力，應(yīng)選大于它受的空氣阻力和紙帶受到打點計時器的阻力。解答：在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能和動能可以相互轉(zhuǎn)化，機械能守恒，本實驗應(yīng)選重物的重力遠大于它受的空氣阻力和紙帶受到打點計時器的阻力。即選擇質(zhì)量又大體積又小的物體.故 D正確例3:做驗證機械能守恒定律的實驗中，紙帶上打出的點如圖2-9-3所示，若重物的質(zhì)量為m千克，圖中點P為打點計時器打出的第一個點，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=

5、 J。（打點計時器的打點周期為0.02s，g=9.8m/s2，小數(shù)點后面保留兩位） 2-9-3解答：0.49m 0.48m2 操作注意：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。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。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-800cm之內(nèi)。例5下面列出一些實驗步驟A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

6、拉，讓夾子靠近打點計時器；D打點計時器接在學(xué)生電源交流輸出端，把輸出電壓調(diào)至6V（電源不接通、交流）；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；L進行計算，得出結(jié)論，完成實驗報告；M、拆下導(dǎo)線，整理器材。以上步驟，不必要的有 ，正確步驟的合理順序是 解答A、G； EDBCHIJIMKL、誤差分析：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

7、通電源后放開紙帶.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。在驗證機械能守恒的定律時，如果以為縱軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的h圖線應(yīng)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)值例4：在用落體法驗證機械能守恒定律時，某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖2-9-4。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(xué)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)。O A B C9.5115.712.422-9-4 這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是_ ,應(yīng)記作_cm。 該同學(xué)用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，已知當(dāng)?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(yīng)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(xué)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(yīng)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)