高中物理-實驗驗證：物體僅在重力作用下是否做勻變速直線運動

1、物體僅在重力作用下是否做勻變速直線運動閩侯一中 陳 楓電火花計時器紙帶夾子重物探究僅在重力作用物體是否做勻變速直線運動 1、要驗證重物在自由下落過程中機械能保持不變,則只要驗證:它的重力勢能的減少等于動能的增加量。 2、設(shè)物體的質(zhì)量為m，下落距離為hn時物體的瞬時速度為V，則勢能減少mghn，h2h3h4h5h6h7h121mv2n3、下落距離為hn時物體的瞬時速度為：Vn=(hn+1hn1) / (2T)，由此可算出相應(yīng)點的運動能01234657V2V3V4V5V6 4、比較mghn與 是否相等 ，21mv2n如圖所示任選一參考面，設(shè)各計數(shù)點到參考面的高度分別為H0、 H1、 H2、 H3、

2、 H4、H5、 H6、 H7、設(shè)物體的質(zhì)量為m，物體在計數(shù)點2、3、4、5、6處的瞬時速度分別為V2、 V3、 V4、 V5、 V6任選一參考面012346V0=0H021mv2mgH0 + 0 =5H1H2H3H4H5H7H67V2V3V4V5V6V2 =（H1H3）/ （2T）V3=（H2H4）/ （2T）V4=（H3H5）/ （2T）V5=（H4H6）/ （2T）V6=（H5H7）/ （2T）目標(biāo)：要證明各處的機械能是否相等？21mv2mgH2 + 2 21mv2= mgH3 + 3 21mv2= mgH4 + 4 21mv2= mgH5 + 5 ？ 21mv2mg（H0 H2）= 2

3、021mv221mv2mg（H0 H3）= 3 021mv221mv2mg（H0 H4）= 4 021mv221mv2mg（H0 H5）= 5 021mv2減少的勢能增加的動能？21mv2mgh2 = 2 021mv2h221mv2Mgh3 = 3 021mv2任選一參考面H0H1H2H3H4H5H6H7012346V0=057V2V3V4V5V6 h3h421mv2Mgh4 = 4 021mv2h521mv2Mgh5 = 5 021mv2h6h7h121mv2mg（H0 H2）= 2 021mv221mv2mg（H0 H3）= 3 021mv221mv2mg（H0 H4）= 4 021mv2

4、21mv2mg（H0 H5）= 5 021mv2減少的勢能增加的動能？21mv2Mgh6 = 6 021mv2 由此可得比較實用的方法是測出各計數(shù)點到開始下落點的距離（即對應(yīng)的下降的高度）由此再求出求出各計數(shù)的瞬時速度，即可進行計算與驗證。V2 =（h3h1）/ （2T）V3=（h4h2）/ （2T）V4=（h5h3）/ （2T）V5=（h6h4）/ （2T）V6=（h7h5）/ （2T）電火花計時器夾子重物實驗步驟：實驗步驟：一、安裝儀器：1、把打點計時器豎直地固定的在鐵架臺上。2、接上電源（電鍵未打開）。3、讓紙帶穿過打點計時器。4、把重物夾在紙帶的下端。二、測量數(shù)據(jù)：5、拉直紙帶，并讓重

5、物靠近打點計時器。6、打開電源，放開紙帶。 7、斷開電源，換上新的紙帶。8、再打開電源，放開紙帶，重復(fù)實驗幾次。 9、選出所打的點比較清距離按照勻變速規(guī)律變化的紙帶進行測量。（可以測一下第一、二點之間的距離d12是否接近2mm）2mms12=gt2/2100.022/2=2103(m)=2mm三、數(shù)據(jù)處理（驗證）：實驗步驟：實驗步驟：三、數(shù)據(jù)處理（驗證）：h2h3h4h5h6h7h101234657 1、選計數(shù)點。（）選定第一個點為計數(shù)點。（）在兩點間距離較大處開始依次選定計數(shù)點、（0、計數(shù)點間距離不能太小否則在測量中會引起較大的誤差）、測出各計數(shù)點、到點的距離。、計算計數(shù)點、的速度。V2 =

6、（h3h1）/ （2T）V3=（h4h2）/ （2T）V4=（h5h3）/ （2T）V5=（h6h4）/ （2T）V6=（h7h5）/ （2T）、比較對應(yīng)計數(shù)點處減少的勢能mghn與增加的動能是否相等。21mv2n實驗結(jié)論：實驗結(jié)論：物體在自由下落中機械能守恒。物體在自由下落中機械能守恒。數(shù)據(jù)記錄表格數(shù)據(jù)記錄表格計數(shù)點各計數(shù)點到點的離（s/m）各計數(shù)點處物體的速度（s/m）物體減少的勢能 （mghn）h1h2h3h4h5h6h7物體f增加的動能 （mn）v2v3v4v5v6mgh2mgh3mgh4mgh5mgh621m v2221mv2321m v2421mv2521mv26誤差分析：誤差分析

7、：、如果考慮到重物帶著紙帶下落中總是會受到一定的阻力，由此引起的誤差對結(jié)果有什么引響？它是屬于偶然誤差還時系統(tǒng)誤差？、長度測量的誤差。、時間測量的誤差。方法創(chuàng)新：方法創(chuàng)新： 1、由于測量不可避免地會有誤差，因此所計算出的動能的減少量與勢能增加量一般是不相等的，哪么我們怎樣才能斷定它們在誤差充許的范圍內(nèi)是相等的從而認(rèn)定如果測量沒有誤差它們應(yīng)該是相等的？ 2、如果所選用紙帶沒有馬上處理，不慎紙帶上含有第一個點的一小部分殘缺了。問我們還能利用這條紙帶進行驗證機械能守恒定律嗎？如果不行請說明理由，如果行請簡要說明驗證的方法。 3、可以利用本實際所打出的紙帶測重力加速度。數(shù)據(jù)記錄表格數(shù)據(jù)記錄表格計數(shù)點各

8、計數(shù)點到點的離（s/m）各計數(shù)點處物體的速度（s/m）物體減少的勢能 （mghn）h1h2h3h4h5h6h7物體f增加的動能 （mn）v2v3v4v5v60.693m0.941m1.231m1.559m1.922m0.686m0.932m1.223m1.551m1.915m0.686m0.6930.686m=0.007/0.693=0.0102=1.02%0.932m0.9410.932m=0.009/0.932=0.0097=0.97%數(shù)據(jù)處理方法2：h2h3h4h5h6h7h11234657 1、選計數(shù)點。（）任選一個定點為基準(zhǔn)點0。（）在兩點間距離較大處開始依次選定計數(shù)點、（0、計數(shù)點

9、間距離不能太小否則在測量中會引起較大的誤差）、測出各計數(shù)點、到點的距離。、計算計數(shù)點、的速度。V2 =（h3h1）/ （2T）V3=（h4h2）/ （2T）V4=（h5h3）/ （2T）V5=（h6h4）/ （2T）V6=（h7h5）/ （2T）、以計數(shù)2點為參考點。5、計算其余各點與之動能的增加量： 21mv2n21mv226、計算其余各點與之勢能的減少量：mg（hn h2）7、比較各點的勢能減少量：mg（hn h2）與動能的增加量 是否相等 21mv2n21mv22。0（1）打點計時器的安裝，兩紙帶限位孔必須在同一豎直線上，以減少摩擦阻力。注意事項：注意事項：（打點計時器的面必須與水平面垂

10、直）（2）必須先接通電源，讓打點計時器工作正常后才能松開紙帶讓重錘下落。（3）紙帶上端最好不要懸空提著，可使手臂靠著某處（但不要靠在鐵架臺上），保證重物下落的初速度為零，使紙帶上打出的第一個點是清晰的一個小點。改進方法：在打點計時器的上方一定距離處再固定一個鐵夾，夾住紙帶的上端，以代替手。電火花計時器紙帶夾子重物 （4）測量下落高度時，都必須從起始點算起，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(yuǎn)些，紙帶也不宜過長，約40cm即可。（5）因計算動能與勢能時都有質(zhì)量的因子m，因此在驗證中不需要測出重物的質(zhì)量。（6）固定打點計時器時，要讓重錘伸出桌面以外，保證它下落中不會打在

11、桌子或鐵架臺上，但固定打點計時器的夾子也不可伸出太長，以防鐵架臺翻倒。（7）重物和紙帶下落過程中要克服阻力（主要是打點計時器的阻力）做功，所以動能的增加量Ek必定稍小于勢能的減少量EP 。（系統(tǒng)誤差）（8）在驗證中，不可用V n=gtn來計算各處的速度。如圖所示任選一參考面，設(shè)各計數(shù)點到參考面的高度分別為H0、 H1、 H2、 H3、 H4、H5、 H6、 H7、設(shè)物體的質(zhì)量為m，物體在計數(shù)點2、3、4、5、6處的瞬時速度分別為V2、 V3、 V4、 V5、 V6任選一參考面012346V0=0H021mv2mgH0 + 0 =5H1H2H3H4H5H7H67V2V3V4V5V6V2 =（H1H3）/ （2T）V3=（H2H4）/ （2T）V4=（H3H5）/ （2T）V5=（H4H6）/ （2T）V6=（H5H7）/ （2T）目標(biāo)：要證明各處的機械能是否相等？21mv2mgH2 + 2 21mv2= mgH3 + 3 21mv2= mgH4 + 4 21mv2= mgH5 + 5 ？ 21mv2mg（H0 H2）= 2 021mv221mv2mg（H0 H3）= 3 021mv221mv2mg（H0 H4）= 4 021mv221mv2mg（H0 H5）= 5 021mv2減少的勢能增加的動能？數(shù)據(jù)記錄