第4章 第5節(jié)　驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

1、第五節(jié)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體的運(yùn)動(dòng)速度和位移2探究自由落體運(yùn)動(dòng)物體的機(jī)械能守恒二、實(shí)驗(yàn)原理讓物體自由下落，在忽略阻力情況下，探究物體的機(jī)械能守恒，有兩種方案探究物體的機(jī)械能守恒：1以物體下落的起始點(diǎn)O為基準(zhǔn)，測(cè)出物體下落高度h時(shí)的速度大小v，若mv2mgh成立，則可驗(yàn)證物體的機(jī)械能守恒2測(cè)出物體下落高度h過程的初、末時(shí)刻的速度v1、v2，若關(guān)系式mvmvmgh成立，則物體的機(jī)械能守恒三、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、低壓交流電源(46 V)、重物、毫米刻度尺、紙帶(帶夾子)、復(fù)寫紙片、導(dǎo)線一、實(shí)驗(yàn)步驟1安裝置：按圖451將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)

2、計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上，接好電路圖4512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：選取點(diǎn)跡較為清晰且有兩點(diǎn)間的距離約為2 mm的紙帶，把紙帶上打出的兩點(diǎn)間的距離為2 mm的第一個(gè)點(diǎn)作為起始點(diǎn)，記作O，在距離O點(diǎn)較遠(yuǎn)處再依次選出計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、34測(cè)距離：用刻度尺測(cè)出O點(diǎn)到1、2、3的距離，即為對(duì)應(yīng)下落的高度h1、h2、h3二、數(shù)據(jù)處理1計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度：記下第1個(gè)點(diǎn)的位置O，在紙帶上從離O點(diǎn)適當(dāng)距離開始選取幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3n并測(cè)量出

3、各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h1、h2、h3hn再根據(jù)公式vn，計(jì)算出1、2、3、4、n點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、v4vn. 2機(jī)械能守恒驗(yàn)證方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)從起始點(diǎn)到第n個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，重力勢(shì)能減少量為mghn，動(dòng)能增加量為mv，計(jì)算ghn和v，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)ghnv，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證方法二：任取兩點(diǎn)A、B.從A點(diǎn)到B點(diǎn)，重力勢(shì)能減少量為mghAmghB，動(dòng)能增加量為mvmv，計(jì)算ghAB和vv，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)ghABvv，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證方法三：圖像法計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)v2，以v2為縱軸，以各計(jì)數(shù)點(diǎn)到第一個(gè)點(diǎn)的距離h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2h圖線若在誤

4、差許可的范圍內(nèi)圖像是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律圖452三、誤差分析1在進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)，測(cè)量及讀數(shù)不準(zhǔn)造成誤差2重物下落要克服阻力做功，部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，下落高度越大，機(jī)械能損失越多，所以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)械能依次略有減小的現(xiàn)象3由于交流電的周期不穩(wěn)定，造成打點(diǎn)時(shí)間間隔變化而產(chǎn)生誤差四、注意事項(xiàng)1應(yīng)盡可能控制實(shí)驗(yàn)滿足機(jī)械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：(1)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直，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(duì)減小，增大密度可以減小體積，使空氣阻力減小2紙帶選

5、?。?1)以第一個(gè)點(diǎn)為起點(diǎn)時(shí)，要驗(yàn)證的是mvmghn，必須保證紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)為重物靜止釋放時(shí)打的點(diǎn)，所以前兩個(gè)點(diǎn)的間距為hgt210(0.02)2m2 mm.(2)以下落中某點(diǎn)為起點(diǎn)時(shí)，要驗(yàn)證的是mvmvmghmn，這時(shí)選擇紙帶不需要滿足兩點(diǎn)間距為2 mm.3計(jì)算速度時(shí)不能用vgt或v，否則就犯了用機(jī)械能守恒定律去驗(yàn)證機(jī)械能守恒的錯(cuò)誤.實(shí)驗(yàn)探究1實(shí)驗(yàn)原理和操作步驟在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下面列出一些實(shí)驗(yàn)步驟：A用天平稱出重物和夾子的重量B把重物系在夾子上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)器靜止D把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在學(xué)生電源的交流

6、輸出端，把輸出電壓調(diào)至6 V(電源不接通)E把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌邊的鐵架臺(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L進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)論，完成報(bào)告M拆下導(dǎo)線，整理器材以上步驟中，不必要的有_，正確步驟的合理順序是_(填寫字母)【解析】只為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒，沒必要稱量重物的質(zhì)量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器本身就是計(jì)時(shí)儀器，不再需要秒表【答案】AGEDBCHIJMKFL實(shí)驗(yàn)探究2數(shù)據(jù)處理與誤差分析某同學(xué)做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí)，不慎將一條挑選出的紙帶的一部分損壞，

7、損壞的是前端部分剩下的一段紙帶上各相鄰點(diǎn)間的距離已測(cè)出標(biāo)在圖453中，單位是cm.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.圖453(1)重物在2點(diǎn)的速度v2_，在5點(diǎn)的速度v5_，此過程中動(dòng)能增加量Ek_，重力勢(shì)能減少量Ep_.由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論_.(2)重物獲得的動(dòng)能往往_(A.大于B小于C等于)減少的重力勢(shì)能，實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是_(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)判斷下列圖像正確的是(其中Ek表示重物動(dòng)能的變化量，h表示物體下落的高度)()【解析】(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，可以求出重物在2點(diǎn)的速度v2m/s1.50 m/s，重物在5點(diǎn)的速度v5m/s2.075 m/s，所以動(dòng)能增加量為Ekmvmv1.03m J，重物從2點(diǎn)到5點(diǎn)，重力勢(shì)能減少量為Epmgh25m9.8(3.23.64.0)102 J1.06m J，由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒(2)由于紙帶受到摩擦力作用，需克服摩擦力做功，所以獲得的功能小于減少的重力勢(shì)能(3)重物機(jī)械能守恒，重