_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1 1. .會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度 。 2 2. .掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理 。機械能守恒的各種情況機械能守恒的各種情況 在自由落體運動中，若物體下落高在自由落體運動中，若物體下落高度度h h 時的速度為時的速度為v ,v ,則則h hv v一、實驗原理一、實驗原理21mgh2mv實驗原理實驗原理思考：思考：如何測量物體的瞬時速度如何測量物體的瞬時速度? ?v v0 0t tv vA At tv vB Bv vC C 做勻變速運動的紙帶上某點的瞬時速度，等于相做勻變

2、速運動的紙帶上某點的瞬時速度，等于相鄰兩點間的平均速度。鄰兩點間的平均速度。21(2 )(2 )2Axvtata2ACAxvvttBAvvatBACvv2t2t如圖所示：測定第如圖所示：測定第n n點的瞬時速度的方點的瞬時速度的方法是：測出第法是：測出第n n點的相鄰前、后兩段相點的相鄰前、后兩段相等時間等時間T T內(nèi)下落的距離內(nèi)下落的距離s sn n和和s sn+1n+1，Tssvnnn21 由公式由公式 ，或由，或由 算出。算出。 Tddvnnn211 Onsnsn+1dndn+1dn-1打點計時器、紙帶、打點計時器、紙帶、復寫紙、重物、刻度復寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺（帶鐵尺、鐵架臺（帶

3、鐵夾）、學生電源等。夾）、學生電源等。夾子夾子打點計時器打點計時器紙帶紙帶重物重物？鐵架臺鐵架臺二、實驗器材：二、實驗器材：1.1.按如圖裝置把打點計時器安裝在鐵按如圖裝置把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導線把打點計時器與學生架臺上，用導線把打點計時器與學生電源連接好。電源連接好。2.2.把紙帶的一端在重錘上用夾子固定把紙帶的一端在重錘上用夾子固定好，另一端穿過計時器限位孔，豎直好，另一端穿過計時器限位孔，豎直提起紙帶使重錘?？吭诖螯c計時器附提起紙帶使重錘?？吭诖螯c計時器附近，紙帶上端用夾子夾住。近，紙帶上端用夾子夾住。3.3.接通電源，松開紙帶，讓重錘自由接通電源，松開紙帶，讓重錘自由下落。下

4、落。4.4.重復幾次，得到重復幾次，得到3 35 5條打好點的紙帶。條打好點的紙帶。三、實驗步驟三、實驗步驟: :5.5.在打好點的紙帶中挑選第一、二兩點間的距離接近在打好點的紙帶中挑選第一、二兩點間的距離接近2mm2mm，且點跡清晰的一條紙帶，在起始點標上，且點跡清晰的一條紙帶，在起始點標上0 0，以后，以后各依次標上各依次標上1 1，2 2，33，用刻度尺測出對應下落高度，用刻度尺測出對應下落高度h h1 1、h h2 2、h h3 3Thhvnnn211 計算各點對應的瞬時速度計算各點對應的瞬時速度v v1 1、v v2 2、v v3 36 6應用公式應用公式7 7計算各點對應的勢能減少

5、量計算各點對應的勢能減少量mghmghn n和動能的增加量和動能的增加量 進行比較。進行比較。2n1mv2，實驗步驟實驗步驟1 1打點計時器安裝時，必須使兩紙帶限位孔在同一打點計時器安裝時，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。豎直線上，以減小摩擦阻力。2 2選用紙帶時應盡量挑第一、二點間距接近選用紙帶時應盡量挑第一、二點間距接近2mm2mm的紙的紙帶。帶。4 4因不需要知道動能和勢能的具體數(shù)值，所以不需要因不需要知道動能和勢能的具體數(shù)值，所以不需要測量重錘的質(zhì)量。測量重錘的質(zhì)量。3. 3. 實驗時，必須先接通電源，讓打點計時器工作正常實驗時，必須先接通電源，讓打點計時器工作正常后

6、再松開紙帶讓重錘下落后再松開紙帶讓重錘下落四、注意事項四、注意事項: :五、誤差分析：五、誤差分析：（1 1）來自紙帶與計時器間的摩擦。故計時器平面要豎）來自紙帶與計時器間的摩擦。故計時器平面要豎直，紙帶與計時器平面要平行，要采用電火花計時器。直，紙帶與計時器平面要平行，要采用電火花計時器。（3 3）選計數(shù)點時，相鄰計數(shù)點間的距離要盡可能拉得開）選計數(shù)點時，相鄰計數(shù)點間的距離要盡可能拉得開些，使求得的速度誤差小些。些，使求得的速度誤差小些。（2 2）交流電的頻率不穩(wěn)定引起的誤差。）交流電的頻率不穩(wěn)定引起的誤差。思考思考1 1：為什么本實驗不用測量物體的質(zhì)量？為什么本實驗不用測量物體的質(zhì)量？mg

7、h =mv 212gh =v 212無需測量物體的質(zhì)量無需測量物體的質(zhì)量 如果實驗要求計算勢能和動能的具體數(shù)據(jù)，那就如果實驗要求計算勢能和動能的具體數(shù)據(jù)，那就必須要知道物體的質(zhì)量。必須要知道物體的質(zhì)量。 紙帶上的第一個點為計時起點紙帶上的第一個點為計時起點O O（起始點的速度應（起始點的速度應該為零，即打點計時器在紙帶上打下第一個點時紙帶剛該為零，即打點計時器在紙帶上打下第一個點時紙帶剛開始下落）。開始下落）。12x = = gt2 = = 9.80.022m 210-3m = = 2 mm12h起始點起始點思考思考2.2.為什么紙帶上的前兩個點間的距離應接近為什么紙帶上的前兩個點間的距離應接

8、近2mm2mm？思考思考3 3：可以回避起始點嗎可以回避起始點嗎? ?（即處理紙帶時可以不用起始（即處理紙帶時可以不用起始點嗎）點嗎）可以?？梢?。我們可以選取我們可以選取A A、B B兩點，比較它們的機械能兩點，比較它們的機械能E EA A和和E EB B。若以點。若以點B B為零勢能點，則有：為零勢能點，則有：E EkAkAmghmghE EkBkBhAB其他驗證方法一：其他驗證方法一：利用氣墊導軌驗證機械能守恒利用氣墊導軌驗證機械能守恒 1h2h11PEmgh 22PEmgh 11Lvt 22Lvt 21112KEmv 22212KEmv 其他驗證方法二：其他驗證方法二：利用頻閃照片驗證機

9、械能守恒利用頻閃照片驗證機械能守恒AB1h2h1s2s112svT 222svT 比例比例1:1 頻閃時間間隔頻閃時間間隔T21112KEmv 22212KEmv 11PEmgh 22PEmgh 1.1.為進行為進行“驗證機械能守恒驗證機械能守恒”實驗，有下列器材可選實驗，有下列器材可選用：鐵架臺、打點計時器、復寫紙、紙帶、秒表、低用：鐵架臺、打點計時器、復寫紙、紙帶、秒表、低壓直流電源、導線、電鍵、天平，其中不必要的器材壓直流電源、導線、電鍵、天平，其中不必要的器材是是_;_;缺少的器材缺少的器材是是 。秒表、天平、低壓直流電源秒表、天平、低壓直流電源低壓交流電源、刻度尺、重物低壓交流電源、

10、刻度尺、重物通過原點的直線通過原點的直線2.2.在驗證機械能守恒定律時，如果以在驗證機械能守恒定律時，如果以v v2 22 2為縱軸，以為縱軸，以h h為為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的圖線應是橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的圖線應是 ，才能驗證機械能守恒定律，其斜率等于才能驗證機械能守恒定律，其斜率等于 的數(shù)值。的數(shù)值。0hv 21 12 2g g3.“3.“驗證牛頓第二定律驗證牛頓第二定律”及及“驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律”這兩個實驗，它們的共同之處是（這兩個實驗，它們的共同之處是（ ）A A都要用打點計時器都要用打點計時器B B都要用天平測質(zhì)量都要用天平測質(zhì)量C C都要用刻度尺測位移都要用刻

11、度尺測位移D D都要計算瞬時速度都要計算瞬時速度ACAC4.4.在在“驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律”的實驗中，需直接測的實驗中，需直接測量的物理量是（量的物理量是（ ）A A重物的質(zhì)量重物的質(zhì)量B B重力加速度重力加速度C C重物下落的高度重物下落的高度D D與下落高度對應的重物的瞬時速度與下落高度對應的重物的瞬時速度C C5.5.在在“驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律”的實驗中，下列操作正確的實驗中，下列操作正確的是（的是（ ）A A先釋放重物，后接通電源先釋放重物，后接通電源B B用秒表測量重物下落的時間用秒表測量重物下落的時間C C打完一條紙帶后，立即切斷電源打完一條紙帶后，

12、立即切斷電源D D每打完一條紙帶，移動復寫紙的位置每打完一條紙帶，移動復寫紙的位置CDCD6.6.某學生在驗證機械能守恒定律的實驗中有如下操作步某學生在驗證機械能守恒定律的實驗中有如下操作步驟，試將合理的順序步驟序號填在下面的線上：驟，試將合理的順序步驟序號填在下面的線上：_A A斷開電源，取下紙帶，選出前兩個點間距離接近斷開電源，取下紙帶，選出前兩個點間距離接近2mm2mm的紙帶；的紙帶；B B把紙帶固定在重錘上；把紙帶固定在重錘上；C C將紙帶穿過打點計時器，并把紙帶上提使重錘停在靠將紙帶穿過打點計時器，并把紙帶上提使重錘停在靠近打點計時器的地方；近打點計時器的地方；D B C E A G

13、 FD B C E A G FD D把打點計時器固定在放于桌邊的鐵架臺上，并與低壓把打點計時器固定在放于桌邊的鐵架臺上，并與低壓交流電源相連接；交流電源相連接；E E接通電源，同時釋放紙帶；接通電源，同時釋放紙帶；F F求出重錘重力勢能的減少量求出重錘重力勢能的減少量E EP P和動能的增加量和動能的增加量E EK K，比較比較E EP P和和E EK K得出實驗結(jié)論；得出實驗結(jié)論；G G用刻度尺量出所選取的計數(shù)點到打下的第一個點之間用刻度尺量出所選取的計數(shù)點到打下的第一個點之間的距離的距離7.7.某次某次“驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律”的實驗中，用的實驗中，用6V6V、50Hz50H

14、z的打點計時器打出的一條無漏點的紙帶，如圖所示，的打點計時器打出的一條無漏點的紙帶，如圖所示，O O點點為重錘下落的起點，選取的計數(shù)點為為重錘下落的起點，選取的計數(shù)點為A A、B B、C C、D D，各計，各計數(shù)點到數(shù)點到O O點的長度已在圖上標出，單位為毫米，重力加速點的長度已在圖上標出，單位為毫米，重力加速度取度取9.8m/s9.8m/s2 2，若重錘質(zhì)量為，若重錘質(zhì)量為1kg1kg。打點計時器打出打點計時器打出B B點時，重錘下落的速度點時，重錘下落的速度v vB B=_m/s=_m/s，重錘的動能重錘的動能E EkBkB= = J J。從開始下落算起，打點計時器打從開始下落算起，打點計時器打B B點時，重錘的重力勢能點時，重錘的重力勢能減小量為減小量為 J 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