實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

1、電火花計(jì)時(shí)器紙帶夾子重物驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 如果忽略空氣的阻力，這時(shí)物體的機(jī)械能守恒，即重力勢(shì)能的減少等于動(dòng)能的增加。設(shè)物體的質(zhì)量為m，下落距離為h時(shí)物體的瞬時(shí)速度為V，則勢(shì)能減少mgh，動(dòng)能增加，故有 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)能可以相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能守恒。21mv2mgh 利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，測(cè)出重物下落的高度h，利用時(shí)間t內(nèi)的平均速度等于該段時(shí)間中點(diǎn)時(shí)刻的瞬時(shí)速度，算出對(duì)應(yīng)時(shí)刻的瞬時(shí)速度V，即可驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。hV 鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、電火花計(jì)時(shí)器或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、直尺、重錘、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙片、導(dǎo)線、電源。 1、步驟 (1)如圖所示，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直地固定

2、在置于桌邊的鐵架臺(tái)上，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源連接好。 (2)將紙帶穿過(guò)電火花記時(shí)器或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，并把紙帶的一端固定在重物上，使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方，先用手提著紙帶。 (3)先接通電源，松開(kāi)紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落，計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一列小點(diǎn)。 電火花計(jì)時(shí)器紙帶夾子重物 (4)重復(fù)幾次，得到35條紙帶。 (5)在打好點(diǎn)的紙帶中挑選“點(diǎn)跡清楚且第一、二兩點(diǎn)間距離約為2mm”的一條紙帶，記下第一個(gè)點(diǎn)的位置O，并在紙帶上從任意點(diǎn)開(kāi)始依次選取幾個(gè)連續(xù)的點(diǎn)1、2、3，并用刻度尺依次測(cè)出各點(diǎn)到位置O的距離，這些距離就是物體運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)1、2、3、時(shí)下落的高度h1、h2、h3。 (6)應(yīng)用平均速度

3、就是中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度的方法 ，計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度V1、V2、V3。 (7)把得到的數(shù)據(jù)真入表格里，計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的勢(shì)能減少量mgh，以及增加的動(dòng)能mV2/2，并比較是否跟理論一致。計(jì)算時(shí)g取當(dāng)?shù)氐臄?shù)值。演示2、記錄及數(shù)據(jù)處理g9.8m/s2，T0.02s 。AOEDCBh3(OD)h1(OB)h2(OC) Ep1mgh1Ep2mgh2Ep3mgh3 121ssv2T+=232ssv2T+=343ssv2T+=2k111Emv2D=2k221Emv2D=2k331Emv2D=S1(AB)S2(BC)S3(CD)S4(DE) 3、結(jié)論：(1)安裝計(jì)時(shí)器時(shí)豎直架穩(wěn)，計(jì)時(shí)器的兩限位孔必須在同安裝

4、計(jì)時(shí)器時(shí)豎直架穩(wěn)，計(jì)時(shí)器的兩限位孔必須在同一豎直線上，以減少重物帶動(dòng)紙帶下落過(guò)程受到的阻力。一豎直線上，以減少重物帶動(dòng)紙帶下落過(guò)程受到的阻力。 (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)必須先接通電源，然后松開(kāi)紙帶讓重物下落。實(shí)驗(yàn)時(shí)必須先接通電源，然后松開(kāi)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。選取的各計(jì)數(shù)測(cè)量下落高度時(shí)，必須從起始點(diǎn)算起。選取的各計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)些，可減少物體下落距離點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)些，可減少物體下落距離h的測(cè)量誤差。的測(cè)量誤差。紙帶不宜過(guò)長(zhǎng)，約紙帶不宜過(guò)長(zhǎng)，約40即可。因重物自由下落時(shí)的加速即可。因重物自由下落時(shí)的加速度較大，每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔不一定取連打度較大，每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的

5、時(shí)間間隔不一定取連打5個(gè)點(diǎn)個(gè)點(diǎn)的時(shí)間為計(jì)時(shí)單位。的時(shí)間為計(jì)時(shí)單位。(4)實(shí)驗(yàn)中因不需要知道動(dòng)能和勢(shì)能的具體數(shù)值，實(shí)驗(yàn)中因不需要知道動(dòng)能和勢(shì)能的具體數(shù)值，故不需測(cè)物體的質(zhì)量故不需測(cè)物體的質(zhì)量m。(5)實(shí)際上重物和紙帶下落過(guò)中要克服阻力做功，實(shí)際上重物和紙帶下落過(guò)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。所以動(dòng)能的增加量要小于勢(shì)能的減少量。(6)紙帶的上端最好不要懸空提著，要保證重物紙帶的上端最好不要懸空提著，要保證重物下落的初速度為零，并且紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)下落的初速度為零，并且紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)是清晰的小點(diǎn)。是清晰的小點(diǎn)。(7)紙帶挑選的標(biāo)準(zhǔn)是第一、二兩點(diǎn)間的距離接紙帶挑選的標(biāo)

6、準(zhǔn)是第一、二兩點(diǎn)間的距離接近近2mm。(1)由于測(cè)量長(zhǎng)度帶來(lái)的誤差屬偶然誤差，減小由于測(cè)量長(zhǎng)度帶來(lái)的誤差屬偶然誤差，減小的辦法一是測(cè)距離時(shí)都從起點(diǎn)的辦法一是測(cè)距離時(shí)都從起點(diǎn)O量起，二是多測(cè)量起，二是多測(cè)幾次取平均值。幾次取平均值。 (2)實(shí)際上重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力實(shí)際上重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力(主主要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力)做功，做功，故動(dòng)能的增加量故動(dòng)能的增加量EK必定稍小于勢(shì)能的減少量必定稍小于勢(shì)能的減少量EP，這是屬于系，這是屬于系統(tǒng)誤差。統(tǒng)誤差。1、 在在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下面敘述正的實(shí)驗(yàn)中，下面敘述正確的是確的是 A應(yīng)用

7、天平稱(chēng)出重物的質(zhì)量應(yīng)用天平稱(chēng)出重物的質(zhì)量 。B應(yīng)當(dāng)選用點(diǎn)跡清晰，第一、二兩點(diǎn)距離約應(yīng)當(dāng)選用點(diǎn)跡清晰，第一、二兩點(diǎn)距離約2mm的紙的紙帶進(jìn)行測(cè)量。帶進(jìn)行測(cè)量。 C操作時(shí)應(yīng)先放紙帶，后接通電源操作時(shí)應(yīng)先放紙帶，后接通電源 。D打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為46V的直流電源上的直流電源上 。答案：B2、在驗(yàn)證重錘自由下落過(guò)程中機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)中，下、在驗(yàn)證重錘自由下落過(guò)程中機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是列說(shuō)法正確的是 A實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，等打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，等打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶放紙帶B必須用天平稱(chēng)量所用重錘的質(zhì)量必須用天平稱(chēng)量所用重錘的質(zhì)量C為

8、了方便，應(yīng)在打下的紙帶上每為了方便，應(yīng)在打下的紙帶上每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算D本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，總是使重力勢(shì)能的減少量大于本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，總是使重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量動(dòng)能的增加量 答案：AD3、在、在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：的實(shí)驗(yàn)中：需直接測(cè)量的物理量是需直接測(cè)量的物理量是_ ；間接測(cè)量的物理量是間接測(cè)量的物理量是_。參考答案：重錘下落的高度h重錘運(yùn)動(dòng)的速度V4、在、在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，要驗(yàn)證重錘下的實(shí)驗(yàn)中，要驗(yàn)證重錘下落時(shí)重力勢(shì)能的減少等于它動(dòng)能的增加，以下步驟僅是落時(shí)重力勢(shì)能的減少

9、等于它動(dòng)能的增加，以下步驟僅是實(shí)驗(yàn)中的一部分，在這些步驟中多余的或錯(cuò)誤的有實(shí)驗(yàn)中的一部分，在這些步驟中多余的或錯(cuò)誤的有( ) A用天平稱(chēng)出重錘的質(zhì)量用天平稱(chēng)出重錘的質(zhì)量B把電火花計(jì)時(shí)器固定到鐵架臺(tái)上，并用導(dǎo)線把它和把電火花計(jì)時(shí)器固定到鐵架臺(tái)上，并用導(dǎo)線把它和低壓交流電源連接起來(lái)低壓交流電源連接起來(lái)C把紙帶的一端固定到重錘上，另一端穿過(guò)電火花計(jì)把紙帶的一端固定到重錘上，另一端穿過(guò)電火花計(jì)時(shí)器的限位孔，把重錘提升到一定的高度時(shí)器的限位孔，把重錘提升到一定的高度D接通電源，釋放紙帶接通電源，釋放紙帶E用秒表測(cè)出重錘下落的時(shí)間用秒表測(cè)出重錘下落的時(shí)間ABE5、在、在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接交流電頻率為接交流電頻率為50Hz，當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，?dāng)?shù)刂亓铀俣萭9.80m/s2。實(shí)。實(shí)驗(yàn)選用重錘質(zhì)量為驗(yàn)選用重錘質(zhì)量為m(kg)，從所打紙帶中選擇一條合適的，從所打紙帶中選擇一條合適的紙帶，此紙帶第紙帶，此紙帶第1、2點(diǎn)間的距離應(yīng)接近點(diǎn)間的距離應(yīng)接近 。紙帶上連。紙帶上連續(xù)的點(diǎn)續(xù)的點(diǎn)A