驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.、實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示，質(zhì)量為m的物體從O點(diǎn)自由下落，以地面作為零重力勢能面，如果忽略空氣阻力，下落過程中任意兩點(diǎn)A和B的機(jī)械能守恒即gmvA+mghA=gmvB+mghB上式亦可寫成JmvB-1mvA=mgM-mghB.等式說明，物體重力勢能的減少等于動能的增加.為了方便，可以直接1從開始下洛的O點(diǎn)至任思一點(diǎn)(如圖1中A點(diǎn))來進(jìn)仃研究，這時(shí)應(yīng)有：/mvA=mgh,即為本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式，式中h是物體從O點(diǎn)下落至A點(diǎn)的高度，va是物體在A點(diǎn)的瞬時(shí)速度實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，低壓交流電源，帶有鐵夾的鐵架臺，紙帶，復(fù)寫紙，帶夾子的重物，刻

2、度尺，導(dǎo)線兩根.四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .安裝置：按圖2將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺上，接好電路.2 .打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方.先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落.更換紙帶重復(fù)做35次實(shí)驗(yàn).3 .選紙帶：分兩種情況說明(1)用2mv2=mghn驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，且1、2兩點(diǎn)間距離略小于或接近2mm的紙帶.(2)用gmvB2mivA=mgAh驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢能的相對性，處理紙帶時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，只要后S.S.面的點(diǎn)跡清晰就可選用.VnSn1Sn12T五、數(shù)據(jù)處理一 12,mg

3、hn和2mvn相等,則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒止律.方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算1代入mghn和2mv2,如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下,二法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算(1)任取兩點(diǎn)A、B測出hAB,算出mghAB.1o1(2)算出2mvB2mvA的值.1 .本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力（如空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力）做功，故動能的增加量AEk稍小于重力勢能的減少量王p,即止k<AEp,這屬于系統(tǒng)誤差.改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力.2 .本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)誤差來源于長度的測量，屬偶然誤差.減小誤差的辦法是測下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)對應(yīng)的下落高度測量完,或者多次測量取平

4、均值來減小誤差.七、注意事項(xiàng)1 .打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定的固定在鐵架臺上，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向，以減小摩擦阻力.2 .應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小.3 .實(shí)驗(yàn)中，需保持提紙帶的手不動，且保證紙帶豎直，待接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后，再松開紙帶.4 .測下落高度時(shí)，要從第一個(gè)打點(diǎn)測起，并且各點(diǎn)對應(yīng)的下落高度要一次測量完.5 .速度不能用Vn=gtn或Vn=>2麗計(jì)算，因?yàn)橹灰J(rèn)為加速度為g,機(jī)械能當(dāng)然守恒，即相當(dāng)于用機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，況且用Vn=gtn計(jì)算出的速度比實(shí)際值大，會得出機(jī)械能增

5、加的結(jié)論，而因?yàn)槟Σ磷枇Φ挠绊?，機(jī)械能應(yīng)該減小，所以速度應(yīng)從紙帶上直接測量計(jì)算.同樣的道理，重物下落的高度h,也只能用刻度尺直接測量，而不能用hn=2g$或忤=2計(jì)算得到.6 .因?yàn)榇螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔S打點(diǎn)一次，在最初的S內(nèi)物體下落距離應(yīng)為m,所以應(yīng)從幾條紙帶中選擇第一、二兩點(diǎn)間距離接近兩年2mm的紙帶進(jìn)行測量；二是在紙帶上所選的點(diǎn)就是連續(xù)相鄰的點(diǎn)，每相鄰兩點(diǎn)時(shí)間間隔t=s.7 .因?yàn)椴恍枰牢矬w在某點(diǎn)動能和勢能的具體數(shù)值，所以不必測量物體的質(zhì)量m,8 .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。9 .為了減小測量h值的相對誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些好。跟蹤練習(xí)

6、：例1某實(shí)驗(yàn)小組在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，提出了如圖3所示的甲、乙兩種方案：甲方案為用自由落體運(yùn)動進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，乙方案為用小車在斜面上下滑進(jìn)行實(shí)驗(yàn).圖3（1）組內(nèi)同學(xué)對兩種方案進(jìn)行了深入的討論分析，最終確定了一個(gè)大家認(rèn)為誤差相對較小的方案，你認(rèn)為該小組選擇的方案是,理由是.（2）若該小組采用圖甲的裝置打出了一條紙帶如圖4所示，相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為s,請根據(jù)紙帶計(jì)算出B點(diǎn)的速度大小為m/s.結(jié)果保留三位有效數(shù)字）圖4（3）該小組內(nèi)同學(xué)根據(jù)紙帶算出了相應(yīng)點(diǎn)的速度，作出v2h圖線如圖5所示，請根據(jù)圖線計(jì)算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=m/£（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）圖5例2、用如圖實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)

7、證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.如圖8給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離已在圖中標(biāo)出.已知m1=50g、m2=150g,則（g取10m/s2,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：A.按照圖示的裝置安裝器件B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到直流電源上C.先釋放m2,再接通電源打出一條紙帶D.測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離E.根據(jù)測量的結(jié)果，分別計(jì)算系統(tǒng)減少的重力勢能和增加的動能其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是（W選項(xiàng)對應(yīng)的字母

8、）.（2）在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v=m/s；（3）在打點(diǎn)05過程中系統(tǒng)動能的增量必=J,系統(tǒng)勢能的減少量AEp=J,由此得出的結(jié)論是；1C（4）若某同學(xué)作出1v2h圖象如圖9所小，寫出計(jì)算當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的表達(dá)式2并計(jì)算出當(dāng)?shù)氐膶?shí)際重力加速度g=m/W.圖91,下列關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差的說法中，正確的是（）A.重物質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會造成較大誤差B.重物質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差C.重物質(zhì)量選用得小此，有利于減小誤差D.若紙帶下落較打點(diǎn)早，會造成較大誤差2.關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的是（）A.實(shí)驗(yàn)中摩擦是不可避免的，因此紙帶越短越好，因?yàn)榧垘г?/p>

9、短，克服摩擦力做的功就越少，誤差就越B.實(shí)驗(yàn)時(shí)需稱出重物的質(zhì)量C.紙帶上第1、2兩點(diǎn)間距若不接近2mm,則無論怎樣處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)誤差都一定較大D.處理打點(diǎn)的紙帶時(shí)，可以直接利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的實(shí)際點(diǎn)跡，而不必采用“計(jì)數(shù)點(diǎn)”的方法例3.用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，某同學(xué)按照正確的操作得到如圖10所示的紙帶.其中。點(diǎn)是起始點(diǎn)，A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的三個(gè)點(diǎn)，該同學(xué)用毫米刻度尺測量。點(diǎn)到A、B、C各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中（單位：cm）圖10已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz,重物質(zhì)量為m,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=m/s2.（1）圖中的數(shù)據(jù)不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是:（2）該同學(xué)用重物在

10、OB段的運(yùn)動來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，先計(jì)算出該段重物重力勢能的減少量為,接著從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)O數(shù)起，數(shù)到圖中B點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第9個(gè)點(diǎn)，他用VB=gt計(jì)算和B點(diǎn)對應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度，得到動能的增加量為（均保留三位有效數(shù)字）.這樣他發(fā)現(xiàn)重力勢能的減少量（W“大于”或“小于”）動能的增加量，造成這一錯(cuò)誤的原因是（3）若某同學(xué)所選的紙帶中，設(shè)打。點(diǎn)時(shí)釋放物體，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打A點(diǎn)時(shí)物體速度大小為v,該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中稱：測得v=m/s,h=cm,據(jù)此可得：-v2=m2/s2,gh=m2/s2在誤差范圍內(nèi)兩者相等，即機(jī)械能守恒定律得證.老師批閱：“數(shù)據(jù)非實(shí)驗(yàn)所得！”其理由是例4.如圖11為驗(yàn)證

11、機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶，帶鐵夾的重錘、天平.回答下列問題：（1）為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材外，還需要的器材有.（填入正確選項(xiàng)前的字母）A.米尺B.秒表C.012V的直流電源D.012V的交流電源(2)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：A.按照圖示的裝置安裝器材B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上C.用天平測出重錘的質(zhì)量D.先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶E.測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離F.根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是:(3)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有番出兩個(gè)原因)(4)利用這個(gè)裝

12、置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值.根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E,測出各點(diǎn)之間的距離如圖12所示.使用交流電的頻率為f,計(jì)算重錘下落的加速度的表達(dá)式a=.(WXI、X2、X3、X4及f表示)圖12例5、(1)為進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，有下列器材可供選用：鐵架臺，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，復(fù)寫紙，紙帶，秒表，低壓直流電源，導(dǎo)線，電鍵，天平。其中不必要的器材有：;缺少的器材是。(2)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，如果以v2/2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的圖線應(yīng)是,才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其斜率等于的數(shù)值。(3)在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶如

13、圖3所示，其中A點(diǎn)為打下的第一個(gè)點(diǎn)，0、1、2為連續(xù)的計(jì)數(shù)點(diǎn)。現(xiàn)測得兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為Si、S2、S3、S4、S5、S6,已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的打點(diǎn)時(shí)間間隔均為T。根據(jù)紙帶測量出的距離及打點(diǎn)的時(shí)間問隔，可以求出此實(shí)驗(yàn)過程中重錘下落運(yùn)動的加速度大小表達(dá)式為。在打第5號計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，紙帶運(yùn)動的瞬時(shí)速度大小的表達(dá)式為。要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選擇打下第號和第號計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的過程為研究對象。(4)某次“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，用6V、50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條無漏點(diǎn)的紙帶，如圖4所示，。點(diǎn)為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)為A、BCD,各計(jì)數(shù)點(diǎn)到。點(diǎn)的長度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米

14、，重力加速度取s2,若重錘質(zhì)量為1kg。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重錘下落的速度Vb=m/s,重錘的動能EkB=J。從開始下落算起，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢能減小量為J。根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點(diǎn)的過程中，得到的結(jié)論例6、用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種.重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測量，即驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.(1)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：A.按照圖示的裝置安裝器件；B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上；C.用天平測出重錘的質(zhì)

15、量；D.釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)接通電源開關(guān)打出一條紙帶；E.測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離；F.根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能.其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是(2)利用這個(gè)裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值.如圖所示，根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)ARGDE,測出A距起始點(diǎn)。的距離為a,點(diǎn)AC間的距離為Si,點(diǎn)CE間的距離為S2,使用交流電的頻率為f,根據(jù)這些條件計(jì)算重錘下落的加速度a=.(3)在上述驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加，其原因主要是因?yàn)樵谥劐N下落的過程中存在阻力作用，可以通過該實(shí)驗(yàn)裝置測阻

16、力的大小.若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣裙J(rèn)的較準(zhǔn)確的值為g,還需要測量的物理量是.試用這些物理量和上圖紙帶上的數(shù)據(jù)符號表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小F=.例7、(1)在“探究包力做功與動能改變的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)采用如圖甲所示的裝置的實(shí)驗(yàn)方案，他想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，為了減小這種做法帶來的實(shí)驗(yàn)誤差，你認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該采取的兩項(xiàng)必要措施是：A.b.如圖乙所示是某次實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，其中A、B、C、DE、F是計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為距離如圖乙.則打C點(diǎn)時(shí)小車的速度表達(dá)式為(用題中所給物理量表示);要驗(yàn)證合外力的功與動能變化間的關(guān)系，除位移、速度外，還要測出的物理量有

17、F(2)4下豆一實(shí)驗(yàn)小組所獲取的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)表格：小車受力相同(均取砂桶質(zhì)重50g)次數(shù)小車質(zhì)量M/g加速度,一2a/ms快J81200傳感2250“動3300他們43505400小車6450線將7500據(jù)，根據(jù)表格中數(shù)據(jù),鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。在水平桌面上相距的速度大小。小車中可以放置祛碼.根據(jù)圖象判斷，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的最主要原因是:A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器記錄小車通過AB時(shí)的(1)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下:測量和拉力傳感器的總質(zhì)量M;把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路;將小車停在C點(diǎn)，小車在細(xì)線拉動下運(yùn)動，記錄細(xì)線拉力及小車通過A、在小車中增加祛碼，或,重復(fù)的操作。(2)表1是他們測得的一組數(shù)據(jù)，其中M是M與小車中祛碼質(zhì)量m之和，|v22v2i|是B時(shí)的速度圖12兩個(gè)速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計(jì)算出動能變化量E,F是拉力傳感器受到的拉力，W是F