機(jī)械能守恒與動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)

機(jī)械能守恒與動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證物體做自由落體運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒。實(shí)驗(yàn)原理1、在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能守1恒，若物體某時(shí)刻即時(shí)速度為V,下落高度為h,恒有：2mv2二mgh2、 借助打點(diǎn)記時(shí)器，通過紙帶測(cè)出重物某時(shí)刻高度h和該時(shí)刻的即時(shí)速度vt,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。3、 測(cè)定第n點(diǎn)的即時(shí)速度的方法是：測(cè)出第n點(diǎn)的相鄰的前、后兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"S+S d+d距離由下列公式算出：v 卄1或v=—1 —n 2T n 2T實(shí)驗(yàn)儀器鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、打點(diǎn)記時(shí)器、紙帶幾條、重錘(帶紙帶夾子)、導(dǎo)線、復(fù)寫紙片、直尺學(xué)生電源實(shí)驗(yàn)步驟按圖把打點(diǎn)記時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)記時(shí)器與學(xué)生電源連好。把紙帶的一端在重錘上用架子固定好，另一端穿過記時(shí)器限位孔，用手豎直提起紙帶使重錘?？吭诖螯c(diǎn)記時(shí)器附近。實(shí)驗(yàn)步驟先接通電源，后松手讓重錘帶著紙帶下落。重復(fù)幾次，得3—5條紙帶。在打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上O，以后各依次標(biāo)上1、2、3?..用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)高度hl、h2、h3??第一個(gè)間隔，一定要求是2mm左右嗎實(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)用公式計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度vl、v2、v3...計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的勢(shì)能減少量和動(dòng)能的增加量進(jìn)行比較。注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)記時(shí)器的安裝，兩紙帶限位孔必須在同一豎直線上，以減少摩擦力.實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須先接通電源，讓打點(diǎn)記時(shí)器工作正常后才松開紙帶讓重錘下落．打點(diǎn)記時(shí)器必須接50Hz交流低壓電源.必須保留紙帶上打出點(diǎn)跡的第一點(diǎn)，且第1、2點(diǎn)間距約為2mm的紙帶誤差小。

（5）實(shí)驗(yàn)中，只要驗(yàn)證gh是否等于v2/2即可，不用測(cè)重錘的質(zhì)量。誤差分析：由于重錘克服阻力作功，所以動(dòng)能增加量略小于重力勢(shì)能減少量。例（思維?能力?訓(xùn)練）為進(jìn)行《驗(yàn)證機(jī)械能守恒》實(shí)驗(yàn)，有下列器材可選用：鐵架臺(tái)、打點(diǎn)記時(shí)器、復(fù)寫紙、紙帶、秒表、低壓直流電源、導(dǎo)線、電鍵、天平，其中不必的器材是 ;缺少的器材是 。（秒表、天平、低壓直流電源低壓交流電源、刻度尺、重物）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)記時(shí)器所用的電源的頻率50Hz，查得當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間=9.8m/s2,測(cè)得所用的重物的質(zhì)量為1.00kg。實(shí)驗(yàn)中得到一條如圖所示點(diǎn)跡清晰的紙帶，把第一個(gè)點(diǎn)記作O,另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測(cè)量的點(diǎn)，經(jīng)測(cè)量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm,根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，重力勢(shì)能的減少量等于 焦，動(dòng)能的增加量等于 焦（取3位有效數(shù)字）。（7.627.57）Vc=3.89m/s驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹垦芯吭趶椥耘鲎驳倪^程中，相互作用的物體系統(tǒng)動(dòng)量守恒?！緦?shí)驗(yàn)原理】一個(gè)質(zhì)量較大的小球從斜槽滾下來，跟放在斜槽前邊小支柱上另一質(zhì)量較小的球發(fā)生碰撞后兩小球都做平拋運(yùn)動(dòng)。由于兩小球下落的高度相同，所以它們的飛行時(shí)間相等，這樣如果用小球的飛行時(shí)間作時(shí)間單位，那么小球飛出的水平距離在數(shù)值上就等于它的水平速度。因此，只要分別測(cè)出兩小球的質(zhì)量mem2,和不放被碰小球時(shí)入射小球在空中飛出的水平距離s1，以及入射小球與被碰小球碰撞后在空中飛出的水平距離s1'和s2'，若m1s1在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)與m1s1'+m2s2'相等，就驗(yàn)證了兩小球碰撞前后總動(dòng)量守恒?！緦?shí)驗(yàn)器材】碰撞實(shí)驗(yàn)器（斜槽、重錘線），兩個(gè)半徑相等而質(zhì)量不等的小球，白紙，復(fù)寫紙，天平和砝碼，刻度尺，游標(biāo)卡尺（選用），圓規(guī)?！緦?shí)驗(yàn)步驟】用天平測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量％］、m2。2．安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，將斜槽固定在桌邊，并使斜槽末端點(diǎn)的切線水平。在水平地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫紙。在白紙上記下重錘線所指的位置O,它表示入射球％］碰前的位置。先不放被碰小球，讓入射球從斜槽上同一高度處由靜止開始滾下，重復(fù)10次，用圓規(guī)作盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面，圓心就是入射球不碰時(shí)的落地點(diǎn)的平均位置P。把被碰球放在小支柱上，調(diào)節(jié)裝置使兩小球相碰時(shí)處于同一水平高度，確保入射球運(yùn)動(dòng)到軌道出口端時(shí)恰好與靶球接觸而發(fā)生正碰。再讓入射小球從同一高度處由靜止開始滾下，使兩球發(fā)生正碰，重復(fù)10次，仿步驟5求出入射小球的落點(diǎn)的平均位置M和被碰小球落點(diǎn)的平均位置No過0、N作一直線，取OO'=2r(可用游標(biāo)卡尺測(cè)出一個(gè)小球的直徑，也可用刻度尺測(cè)出緊靠在一起的兩小球球心間的距離)，0'就是被碰小球碰撞時(shí)的球心豎直投影位置。用刻度尺量出線段OM、OP、O'N的長(zhǎng)度。分別算出申］?OP與申］?OM+m2?O'N的值，看m{?OP與mx?OM+m2?O'N在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等?！咀⒁馐马?xiàng)】1?應(yīng)使入射小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量。要調(diào)節(jié)好實(shí)驗(yàn)裝置，使固定在桌邊的斜槽末端點(diǎn)的切線水平，小支柱與槽口間距離使其等于小球直徑，而且兩球相碰時(shí)處在同一高度，碰撞后的速度方向在同一直線上。每次入射小球從槽上相同位置由靜止?jié)L下，可在斜槽上適當(dāng)高度處固定一檔板，使小球靠著擋板，然后釋放小球。白紙鋪好后不能移動(dòng)。例07學(xué)年度廣東省重點(diǎn)中學(xué)12月月考12.(9分)氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器，它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)可視為沒有摩擦.我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下：用天平分別測(cè)出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mB；AB調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平；在A和B間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧，用電動(dòng)卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上；用刻度尺測(cè)出A的左端至C板的距離L1；按下電鈕放開卡銷，同時(shí)分別記錄滑塊A、B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作，當(dāng)A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束，記下A,B分別到達(dá)C、D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2.實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量是 .利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是 ，上式中算得的A、B兩滑塊的動(dòng)量大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差的原因 .解析：LLB的右端至D板的距離L2m1m2-2 At Bt12；測(cè)量質(zhì)量、時(shí)間、距離等存在誤差，由于阻力、氣墊導(dǎo)軌不水平等造成誤差.(只要答對(duì)其中兩點(diǎn)即可)練習(xí)本套試題訓(xùn)練和考查的重點(diǎn)是：理解“碰撞中的動(dòng)量守恒”的實(shí)驗(yàn)原理；會(huì)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器采用落體法來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.第12題、第15題為創(chuàng)新題.這兩個(gè)題的命題意圖是：不僅要求學(xué)生理解原理、而且要求在理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上去思考解決新出現(xiàn)的問題一、選擇題（每小題5分，共40分）在做“碰撞中的動(dòng)量守恒”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)必須要求的條件是斜槽軌道必須是光滑的斜槽軌道末端的切線是水平的入射球每次都要從同一高度由靜止?jié)L下碰撞的瞬間，入射球與被碰球的球心連線與軌道末端的切線平行在“碰撞中的動(dòng)量守恒”實(shí)驗(yàn)中，下列關(guān)于小球落點(diǎn)說法，正確的是如果小球每次從同一點(diǎn)無初速釋放，重復(fù)幾次的落點(diǎn)一定是重合的由于偶然因素存在，重復(fù)操作時(shí)小球落點(diǎn)不重合是正常的，但落點(diǎn)應(yīng)當(dāng)比較密集測(cè)定P點(diǎn)位置時(shí)，如果重復(fù)10次的落點(diǎn)分別為匚、P2、P3?P10則OP應(yīng)取OP、OP、OP3?OP1o的平均值，即OP=（OP］+OP2+?OP10）/10用半徑盡量小的圓把P］、P2、P3?P10圈住，這個(gè)圓的圓心是入射球落點(diǎn)的平均位置P在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下列物理量中，需要通過計(jì)算得到的有重錘的質(zhì)量重力加速度重錘下落的高度與重錘下落高度對(duì)應(yīng)的重錘的即時(shí)速度在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下列說法或做法正確的是選用質(zhì)量大的重錘可減小實(shí)驗(yàn)誤差實(shí)驗(yàn)結(jié)果總是動(dòng)能增加略大于勢(shì)能減小固定好打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用手拿住穿過限位孔的紙帶一端，手應(yīng)靜止靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處先松開紙帶，再接通電源，重物自由下落時(shí)紙帶上就能打出一系列點(diǎn)，重復(fù)做幾次在利用重錘自由落下驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生誤差的主要原因是重錘下落的實(shí)際高度大于測(cè)量值重錘下落的實(shí)際高度小于測(cè)量值重錘實(shí)際末速度v大于gt重錘實(shí)際末速度v小于gt6?如圖所示，M、N和P為驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)中小球的落點(diǎn)，如果碰撞中動(dòng)量守恒，則有（設(shè)入射小球與被碰小球質(zhì)量分別為％］、m2）00rM PMd ■ L d ■AmON=m1OM+m2OPB.m1OP=m1OM+m2ONC.m1OP=m1OM+m2O'ND.m1OP=m1OM+m2O'N

在驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)中，設(shè)入射球、被碰球的質(zhì)量分別為m「m2，為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，下列說法正確的是氏竹＞%2降低碰撞實(shí)驗(yàn)器材的高度入射小球釋放點(diǎn)要適當(dāng)高一些在驗(yàn)證“碰撞中的動(dòng)量守恒”實(shí)驗(yàn)中，需要用的測(cè)量?jī)x器（或工具）有A.秒表 B.天平C.刻度尺 D.游標(biāo)卡尺二、填空題（每小題6分，共24分）用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律中：TOC\o"1-5"\h\z（1）從下列器材中選出實(shí)驗(yàn)所必須的，其編號(hào)為 .A.條點(diǎn)計(jì)時(shí)器（包括紙帶）；B.重錘；C.天平；D.毫米刻度尺；E.秒表；F運(yùn)動(dòng)小車（2）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝放置要求為 ；開始打點(diǎn)計(jì)時(shí)的時(shí)候，應(yīng)先 ，然后 .（3）計(jì)算時(shí)對(duì)所選用的紙帶要求是 .（4）實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因主要是 ，使重錘獲得的動(dòng)能往往 .為了減小誤差，懸掛在紙帶下的重錘應(yīng)選擇 .（5） 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v2/2—h圖線是 ,該線的斜率等于 .如圖1—19—2所示裝置驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒，A、B兩球直徑相同，質(zhì)量分別為m1、m2.1）實(shí)驗(yàn)中所必須用的測(cè)量工具是 、 .2）某次實(shí)驗(yàn)得出小球的落點(diǎn)情況如圖1—19—3所示，若碰撞中動(dòng)量守恒，則兩小球質(zhì)量之比m質(zhì)量之比m1:m2= 圖1—19—3在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz,查得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.80m/s2,測(cè)出所用重物的質(zhì)量m=1.00kg，實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，把第一個(gè)點(diǎn)記作O,另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測(cè)量點(diǎn)，經(jīng)測(cè)量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，重力勢(shì)能的減少量為 J,動(dòng)能的增加量為 J（取3位有效數(shù)字）處理電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打出點(diǎn)的紙帶時(shí)，常常采用計(jì)數(shù)點(diǎn)的辦法，但在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，可以直接利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打出的紙帶上的實(shí)際點(diǎn)跡而不必采用選取計(jì)數(shù)點(diǎn)的辦法.這其中的原因是 三、計(jì)算題（共36分）（12分）做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，稱得小球的質(zhì)量m1=0.1kg,m2=0.05kg,應(yīng)選哪個(gè)為入射球?（說明理由）?兩小球相碰時(shí)，在地面上的投影分別為O、O',碰撞前后兩球多次落點(diǎn)的平均位置為M、P、N但N點(diǎn)的位置模糊不清，如圖1—19—4所示?請(qǐng)你根據(jù)動(dòng)量守恒，判定N點(diǎn)的位置應(yīng)位于什么刻度線上.圖1—19—4（12分）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量為1kg的重錘自由下落，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄運(yùn)動(dòng)過程，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源為6V、50Hz的交流電源，如圖1—19—5所示?紙帶上O點(diǎn)為重錘自由下落時(shí)紙帶打點(diǎn)起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D依次間隔一個(gè)點(diǎn)（圖中未畫出），各計(jì)數(shù)點(diǎn)與O點(diǎn)距離如圖所示,單位為mm,重力加速度為9.80m/s2,則（1） 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄B點(diǎn)時(shí)，重錘速度卩盲?重錘動(dòng)能EkB=?（2） 從開始下落算起，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能減少多少？（3） 以B點(diǎn)為例，說明你怎樣判斷重錘下落過程中機(jī)械能是否守恒？■*ABCmm 』031.470.6125.4190.0圖1—19—5（12分）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒”的實(shí)驗(yàn)中，若不知道打點(diǎn)周期，只知道打點(diǎn)周期恒定，你能否利用打出的點(diǎn)跡清晰的任一紙帶進(jìn)行驗(yàn)證？如何驗(yàn)證？參考答案一、 l.BCD2.BD3.D4.A5.D6.C7.BD8.BCD二、 9.(1)ABD(2)底板要豎直，這樣才能使重錘落下時(shí)，受到的阻力較??；通電打點(diǎn)；再放下重錘，讓它帶著紙帶一同落下()第1、2點(diǎn)間距離接近2mm,且點(diǎn)跡清晰(4)阻力對(duì)重錘和紙帶的影響；小于重力勢(shì)能的減少量；質(zhì)量較大的)過原點(diǎn)的斜直線；重力加速腌.10.(1)天平；刻度尺 (2)4：111.7.62;7.5612.這是因?yàn)橹劐N做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度較大，各點(diǎn)之間的距離較易測(cè)量，故不必采用計(jì)數(shù)點(diǎn)的辦法.三、 13.該實(shí)驗(yàn)中，要求入射球質(zhì)量大于被碰球質(zhì)量，所以應(yīng)選m1為入射球.由動(dòng)量守恒知：m1OP=m1OM+肌?ON，即0.1X30.00=0.1X14000+0.05X(xN-3.00)得xN=35.00.故N點(diǎn)位置應(yīng)在35.00刻度線上.14.(1)vB=1.18m/s;EkB=6.96X10-1J.(2)AE=6.92