24實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

1、 實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律【知識(shí)準(zhǔn)備】1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證機(jī)械守恒定律。2.實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺(tái)（帶鐵夾），打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，重錘（帶紙帶夾子）；紙帶數(shù)條，復(fù)寫紙片，毫米刻度尺；3.實(shí)驗(yàn)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(shí)，物體機(jī)械能守恒，即減少的重力勢(shì)能等于增加的動(dòng)能。如果物體下落高度h時(shí)速度為v，則有 。借助于打了點(diǎn)的紙帶測(cè)出物體下降的高度h和對(duì)應(yīng)速度v，即可驗(yàn)證物體自由下落時(shí)機(jī)械能是否守恒。測(cè)定第n點(diǎn)的瞬時(shí)速度的方法是：測(cè)出第n點(diǎn)前后兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離Sn、Sn+1，由公式 求出，如圖1所示。4.實(shí)驗(yàn)步驟（1）在鐵架臺(tái)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)跡清晰，且第一、二兩點(diǎn)間距離接近 的紙帶，起始點(diǎn)標(biāo)O，依次確定幾個(gè)計(jì)算點(diǎn)1、2、3 （6）用刻度尺測(cè)量下落高度h1、h2、h3，計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的重錘瞬時(shí) 。（7）計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的勢(shì)能減少量和動(dòng)能增加，進(jìn)行比較。5.注意事項(xiàng)：（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)中，需保持提紙帶的手不動(dòng)，待接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再松開紙帶讓重物下落.（3）選取紙帶時(shí)，本著點(diǎn)跡清晰且第一、二兩點(diǎn)間

3、距離接近2mm的原則（為什么？）.（4）測(cè)下落高度時(shí)，須從起點(diǎn)量起，并且各點(diǎn)下落的高度要一次測(cè)定.（5）不需測(cè)出物體質(zhì)量，只需驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原理的理解：（1）因?yàn)榇螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打點(diǎn)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(diǎn)跡清晰呈一直線且第一、二點(diǎn)間接近2 mm 的紙帶進(jìn)行測(cè)量；二是在紙帶上所選的點(diǎn)應(yīng)該是連續(xù)相鄰的點(diǎn)，每相鄰兩點(diǎn)時(shí)間間隔 t =0.02 s.（2）因?yàn)椴恍枰牢矬w在某點(diǎn)動(dòng)能和勢(shì)能的具體數(shù)值，所以不必測(cè)量物體的質(zhì)量 m，而只需驗(yàn)證vn2/2=ghn就行了。

4、2實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)：（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)所受到的阻力作用。（2）必須先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后才能松開紙帶讓重物下落。（3）測(cè)量下落高度時(shí)，必須從起始點(diǎn)算起，不能搞錯(cuò)，為了減小測(cè)量h值的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)一些，紙帶也不易過長(zhǎng)，有效長(zhǎng)度可在60cm-80cm之內(nèi).3誤差分析：（1）本實(shí)驗(yàn)的誤差主要來源于紙帶數(shù)據(jù)的處理上,及點(diǎn)與點(diǎn)測(cè)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(shí)際上重物和紙帶下落過中要克服阻力做功，所以動(dòng)能的增加量要小于勢(shì)能的減少量.（3）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒

5、的定律時(shí)，如果以為縱軸，h為橫軸,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的h圖線應(yīng)是過原點(diǎn)的直線，才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒。h圖的斜率等于g的數(shù)值。【實(shí)驗(yàn)操作】1. 自主設(shè)計(jì)表格，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)2. 數(shù)據(jù)處理3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論及反思【實(shí)驗(yàn)探究】探究1 在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，得到了一條如圖2所示的紙帶，紙帶上的點(diǎn)記錄了物體在不同時(shí)刻的位置，當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)4時(shí)，物體的動(dòng)能增加的表達(dá)式為Ek = 物體重力勢(shì)能減小的表達(dá)式為 EP= ，實(shí)驗(yàn)中是通過比較 來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的（設(shè)交流電周期為T）.O. 3 4 5D3D5D4圖2做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，紙帶上打出的點(diǎn)如圖3所示，若重物的質(zhì)量為m，圖中點(diǎn)P為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的

6、第一個(gè)點(diǎn)，則從起點(diǎn)P到打下點(diǎn)B的過程中，重物的重力勢(shì)能的減小量EP= J，重物的動(dòng)能的增加量EK= J.（打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為0.02s，g=9.8m/s2，探究2 下面列出一些實(shí)驗(yàn)步驟圖3A用天平測(cè)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(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器；D拆下導(dǎo)線，整理器材.E打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定放在桌邊的鐵架臺(tái)上，使兩個(gè)限位孔在同一豎直線上；F在紙帶上選取幾個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行測(cè)量和記錄數(shù)據(jù)；G用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間；H接通電源待計(jì)時(shí)器響聲穩(wěn)定后釋放紙帶；I切斷電源；J更換紙帶，重新進(jìn)行兩次；K在三條紙帶中選出較好的一條；

7、L進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)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(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖4.其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的3個(gè)點(diǎn).該同學(xué)用毫米刻度尺測(cè)量O到A、B、C各點(diǎn)的距離,并記錄在圖中(單位cm). 這三個(gè)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(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)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(diǎn)對(duì)應(yīng)的物體的即時(shí)速度，則該段重錘重力勢(shì)能的減少量為_，而動(dòng)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(yàn)證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢(shì)能的減少量_動(dòng)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(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，不過他數(shù)了一下：從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)O數(shù)起，圖中的B是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第9個(gè)點(diǎn).因此他用vB=gt計(jì)算跟B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物體的即時(shí)速度，得到動(dòng)能的增加量為_，這樣驗(yàn)證時(shí)的系統(tǒng)誤差總是使重力勢(shì)能的減少量_動(dòng)能的增加量,原因是_.【鞏固練習(xí)】1在驗(yàn)機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時(shí)受到較大阻力，這樣會(huì)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(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)采用重物自由下落的方法.h0h0ABh0h0CD圖6（1）用公式mv2/2=mgh時(shí)，對(duì)紙帶上起點(diǎn)的要求是 ，為此目的，所選擇的紙帶一、二兩點(diǎn)間距應(yīng)接近 .（2）若實(shí)驗(yàn)中所用的重錘質(zhì)量M = 1kg，打點(diǎn)紙帶如圖5所示，打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，則記錄B點(diǎn)時(shí)，重錘的速度vB = ，重錘動(dòng)能EKB = .從開始下落起至B點(diǎn)，重錘的重力勢(shì)能減少量是 ，因此可得結(jié)論是 （3）根據(jù)紙帶算出相關(guān)各點(diǎn)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(yīng)是圖6中的 .3在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，所用電源的頻率為50HZ，某次實(shí)驗(yàn)選擇的一條較理想紙帶如圖7所示，圖中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的要的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D分別為每打