9實驗：驗證機械能守恒定律

1、9實驗：驗證機械能守恒定律學(xué)習(xí)目標(biāo)1.驗證機械能守恒定律.2.熟悉瞬時速度的測量方法.3.能正確進行實驗操作，分析 實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論，能定性地分析產(chǎn)生誤差的原因.新知探究點點落實知識探究一、實驗原理做自由落體運動的物體，在下落過程中，重力勢能減少，動能增加，如果重力勢能的減少量 等于動能的增加量,就驗證了機械能守恒定律.二、實驗器材鐵架臺(帶鐵夾卜打點計時器、重物(帶夾子卜空也 復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、低壓交流 電源(46 V).三、實驗步驟1 .安裝裝置：按圖1甲所示把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導(dǎo)線把打點計時器與電源連接好.甲2 .打紙帶：在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過打點計

2、時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物停靠在打點計時器附近.先接通電源后釋放紙帶，讓重物拉著紙帶自由下落.重復(fù)幾次，得到 35條打好點的紙帶.3 .選紙帶：從打好點的紙帶中挑選點跡清晰且開始的兩點間距接近2 mm的一條紙帶，在起始點標(biāo)上0,以后任取間隔相同時間的點依次標(biāo)上1、2、3-.4 .測距離：用刻度尺測出 0至IJ 1、2、3的距離，即為對應(yīng)下落的高度 h、h2、h3-. 四、數(shù)據(jù)處理hn + 1 hn 1、，“，, , _.1 .計算各點對應(yīng)的瞬時速度：根據(jù)公式vn = -2T-，計算出1、2、3 - n點的瞬時速度V1、V2、 V3Vn.2 .機械能守恒定律驗證方法一：利用起始點和第

3、n點.如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)ghn = 2v2,則機械能守恒定律得到驗證.方法二：任取兩點 A、B.如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)ghAB = 1vB 2vA,則機械能守恒定律得到驗證.方法三：圖象法（如圖2所示）.圖2若在實驗誤差允許范圍內(nèi)圖線是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律.五、誤差分析本實驗的誤差主要是由紙帶測量產(chǎn)生的偶然誤差以及重物和紙帶運動中的空氣阻力及打點計時器的摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差.六、實驗注意事項1 .打點計時器安裝要穩(wěn)固，并使兩限位孔的中線在同一豎直線上，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，

4、可使空氣阻力的影響相對減小.3 .實驗時，應(yīng)先接通電源，讓打點計時器正常工作后再松開紙帶讓重物下落.4 .本實驗中的兩種驗證方法均不需要測重物的質(zhì)量m.r hn + 1 - hn - 1 .5 .速度不能用V=4或v = 同計算，應(yīng)根據(jù)紙帶上測得的數(shù)據(jù)，利用vn=一2T計算瞬時速度.典例精析堇點雉點個個擊砌一、實驗原理及基本操作例1在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，有位同學(xué)按以下步驟進行實驗操作：A.用天平稱出重錘和夾子的質(zhì)量B.固定好打點計時器，將連著重錘的紙帶穿過限位孔，用手提住，且讓手盡量靠近打點計時器C.松開紙帶，接通電源，開始打點，并如此重復(fù)多次，以得到幾條打點的紙帶D.取下紙帶，挑

5、選點跡清晰的紙帶，記下起始點O,在距離O點較近處選擇幾個連續(xù)計數(shù)點(或計時點)，并計算出各點的速度值E.測出各計數(shù)點到。點的距離，即得到重錘下落的高度F.計算出mghn和mvn,看兩者是否相等在以上步驟中，不必要的步驟是有錯誤或不妥的步驟是(填寫代表字母)更正情況:解析 A步驟可有可無，不稱量重物的質(zhì)量也可驗證機械能守恒定律；B步驟中應(yīng)讓重物盡量靠近打點計時器，而不是手靠近； C步驟中應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶； D步驟中應(yīng)選取 離O點較遠的點，這樣測量時距離較遠，測量的相對誤差較??；F步驟中應(yīng)計算ghn和2v2,若m沒有測量，則mgh、2mv2,就不能計算出具體的值.答案 A BCDF B中手

6、應(yīng)抓住紙帶末端， 讓重物盡量靠近打點計時器C中應(yīng)先接通電源，再松開紙帶D中應(yīng)選取離。點較遠的點 F中應(yīng)計算ghn和52二、數(shù)據(jù)處理及誤差分析例2用落體法驗證機械能守恒定律的實驗中：mv(1)運用公式 =mgh對實驗條件的要求是 ,為此，所選擇的紙帶第1、2兩點間的距離應(yīng)接近 .(2)若實驗中所用重物的質(zhì)量 m=1 kg,打點紙帶如圖3所示，打點時間間隔為 0.02 s,則記 錄B點時，重物的速度 Vb =，重物的動能EkB=，從開始下落起至 B點時 重物的重力勢能減少量，是 ,由此可得出的結(jié)論是 (g=9.8 m/s2,結(jié)果保留 三位有效數(shù)字).OABC門唯H7,H17,631,2解析重物自由

7、下落時，在最初 0.02 s內(nèi)的位移應(yīng)為h = 2gT2 = tm2.現(xiàn)要利用此裝置驗證機械能守恒定律.B圖2（1）若選定物塊A從靜止開始下落的過程中進行測量，則需要測量的物理量有 （填序 號）.物塊的質(zhì)量m1、m2；物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間；物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間；繩子的長度.（2）為提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對此實驗提出以下建議：軟繩的質(zhì)量要輕；在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長越好；盡量保證物塊只沿豎直方向運動，不要搖晃；兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能小.以上建議中確實對提高準(zhǔn)確程度有作用的是 .（填序號）（3）寫出一條上面沒有提到的對提高實驗結(jié)果準(zhǔn)確程

8、度有益的建議： .答案（1）或（2）（3）例如：“對同一高度進行多次測量取平均值” “選取受力后相對伸長量盡量小的繩” “盡量減小滑輪的質(zhì)量” “對滑輪轉(zhuǎn)動軸進行潤滑” “選擇質(zhì)量 相對較大的物塊 A、B”等等.（任選一個即可）6.如圖3所示，某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律.頻閃儀每隔0.05 shi = 26.3 cm, h?= 23.68閃光一次，用毫米刻度尺測得相鄰兩個時刻小球上升的高度分別為cm, h3= 21.16 cm , h4= 18.66 cm , h5= 16.04 cm,該同學(xué)通過計算得到不同時刻的速度如下圖3上面測量高度的五個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要

9、求的是 段，應(yīng)記作cm.(2)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t2時刻小球的速度 V2= m/s.(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)從t2到t5時間內(nèi)，重力勢能增量AEp= J,動能減少量 正卜= J.(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(4)在誤差允許的范圍內(nèi)，若AEp與正k近似相等，從而驗證了機械能守恒定律.由上述計算所得AEp zEk(選填“”、“”或“=)，造成這種結(jié)果的主要原因是答案(1)h1 26.30 (2)5.00 (3)0.622 0.648(4) 上升過程中有空氣阻力做負(fù)功(或受到空氣阻力)解析(1)從題中可得測量工具是毫米刻度尺，所以h1在有效數(shù)值要求上有錯誤，應(yīng)記作26.30cm.(2)做勻變

10、速直線運動過程中中間時刻的瞬時速度等于該過程中的平均速度，所以有：V2 =h h22T5.00 m/s.(3)根據(jù)重力做功和重力勢能的關(guān)系有：AEp=mg(h2+ % + h4)= 0.622 JAEk = 2mv2 2mv50.648 J.（4） AEpAEk.7.如圖4為利用氣墊導(dǎo)軌（滑塊在該導(dǎo)軌上運動時所受阻力可忽略）驗證機械能守恒定律的實驗裝置，完成以下填空.揩光條猾塊艮光電門I 光電門2dniirpi細(xì)找定滑輪TRW氣墊好軌導(dǎo)軌標(biāo)尺實驗步驟如下：將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m,將導(dǎo)軌調(diào)至水平.測出擋光條的寬度l和兩光電門中心之間的距離 s.將滑塊移至光電門 1左側(cè)某處，待祛碼靜止不動時，釋放滑塊，要求祛碼落地前擋光條已通過光電門2.讀出滑塊分別通過光電門1和光電門2的擋光時間Ati和At2.用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M,再稱出托盤和祛碼的總質(zhì)量m.滑塊通過光電門1和光電門2時，可以確定系統(tǒng)（包括滑塊、擋光條、托盤和祛碼）的總動能分別為 Ek1=和Ek2=.在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量 AEp=.（重力加速 度為g）如果滿足關(guān)系式,則可認(rèn)為驗證了機械能守恒定律.1 l 91l 9_答案 2（M + m）（應(yīng)）2（M + m）（瓦） mgs AEp=Ek