實驗六驗證機械行業(yè)能守恒定律

實驗六驗證機械能守恒定律【實驗目的】驗證機械能守恒定律．【實驗原理】1．在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)化，但總的機械能保持不變．若物體某時刻瞬時速度為v，下落高度為h，則重力勢能的減少量為mgh，動能的增加量為mv2，看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗證了機械能守恒定律．抓綱扣本·落實基礎(chǔ)【實驗器材】鐵架臺(含鐵夾)，打點計時器，學生電源，紙帶，復寫紙，導線，毫米刻度尺，重物(帶紙帶夾)．【實驗過程】一、實驗步驟1．安裝置：按圖實Ⅵ－2所示將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路．2．打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方．先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落．更換紙帶重復做3次～5次實驗．【誤差分析】1．本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量ΔEk稍小于重力勢能的減少量ΔEp，即ΔEk＜ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差．改進的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力．2．本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬偶然誤差．減小誤差的方法是測下落距離時都從0點量起，一次將各打點對應的下落高度測量完，或者多次測量取平均值．［例1］在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，某同學利用圖實Ⅵ－3甲中器材進行實驗，正確地完成實驗操作后，得到一條點跡清晰的紙帶，如圖乙所示．在實驗數(shù)據(jù)處理中，某同學取A、B兩點來驗證實驗，已知打點計時器每隔0.02s打一個點，圖中測量結(jié)果記錄在下面的表格中．剖題探法·突破考點考點一實驗數(shù)據(jù)的處理及誤差分析(1)觀察紙紙帶，，可知知連接接重物物的夾夾子應應夾在在紙帶帶的________端(選填“左”或“右”)；(2)將表格格中未未填項項目填填寫完完整；；(3)若重物物和夾夾子的的總質(zhì)質(zhì)量為為0.6kg，那么么在AB運動過過程中中，動動能的的增加加量為為________J，重力力勢能能的減減少量量為________J.(4)實驗中中誤差差產(chǎn)生生的原原因有有_______________________________________________．(寫出兩兩個原原因即即可)項目x1/cmA點瞬時速度/(m·s－1)x2/cmB點瞬時速度/(m·s－1)A、B兩點間距離/cm數(shù)據(jù)3.920.9812.8049.00[答案](1)左(2)3.20(3)2.782.94(4)見解析析［例2］(2013·長春模擬擬)某實驗小小組利用用如圖實實Ⅵ－4所示的實實驗裝置置來驗證證鉤碼和和滑塊所所組成的的系統(tǒng)機機械能守守恒．考點二創(chuàng)新設計計實驗(1)如圖實Ⅵ－5所示，用用游標卡卡尺測得得遮光條條的寬度度d＝________mm；實驗時時將滑塊塊從圖示示位置由由靜止釋釋放，由由數(shù)字計計時器讀讀出遮光光條通過過光電門門的時間間Δt＝1.2××10－2s，則滑塊塊經(jīng)過光光電門時時的瞬時時速度為為________m/s.在本次實實驗中還還需要測測量的物物理量有有：鉤碼碼的質(zhì)量量m、________和________(文字說明明并用相相應的字字母表示示)．(2)本實驗通通過比較較________和________在實驗誤誤差允許許的范圍圍內(nèi)相等等(用測量的的物理量量符號表表示)，從而驗驗證了系系統(tǒng)的機機械能守守恒．[解題感悟悟]本實驗為為一驗證證性實驗驗．要求求根據(jù)要要驗證的的物理規(guī)規(guī)律設計計實驗過過程、選選擇需要要測定的的物理量量，這也也是實驗驗創(chuàng)新的的根本所所在．但但“萬變不離離其宗”，科學、、合理地地計算出出過程動動能和勢勢能的變變化量再再進行比比較，是是實驗的的是終目目的．1．(2013·太原調(diào)研研)一位同學學做“用自由落落體運動動驗證機機械能守守恒定律律”的實驗．．(1)現(xiàn)有下列列器材可可供選擇擇：鐵架架臺、電電磁打點點計時器器及復寫寫紙、紙紙帶若干干、4～6V低壓交流流電源、、天平、、秒表、、導線、、電鍵、、重錘．．其中不不必要的的器材是是：______________；缺少的的器材是是________________．達標訓練練·技能過關(guān)關(guān)(2)根據(jù)紙帶帶算出相相關(guān)各點點的速度度v，量出下下落的距距離h，以v2/2為縱軸，，以h為橫軸畫畫出的圖圖線應是是圖實Ⅵ－6中的________．答案(1)天平、秒秒表毫毫米刻度度尺(2)C2．(2012·南寧統(tǒng)考考)某同學利利用如圖圖實Ⅵ－7甲所示的的實驗裝裝置驗證證機械能能守恒定定律．該該同學經(jīng)經(jīng)正確操操作得到到打點紙紙帶，在在紙帶后后段每兩兩個計時時間隔取取一個計計數(shù)點，，依次為為1、2、3、4、5、6、7，測量各各計數(shù)點點到第一一個打點點的距離離h，并正確確求出打打相應點點時的速速度v.各計數(shù)點點對應的的數(shù)據(jù)見見下表．．(1)請在圖實實Ⅵ－7乙所示坐坐標中，，描點作作出v2－h(huán)圖線；由由圖線可可知，重重錘下落落的加速速度g′＝________m/s2(保留三位位有效數(shù)數(shù)字)；(2)若當?shù)氐牡闹亓蛹铀俣萭＝9.80m/s2，根據(jù)作作出的圖圖線，能能粗略驗驗證自由由下落的的重錘機機械能守守恒的依依據(jù)是________________．答案(1)如圖所示示9.75(9.69～9.79均可)(2)g′與g基本相等等3．(2013·湖南十二二校聯(lián)考考)某同學利利用豎直直上拋小小球的頻頻閃照片片驗證機機械能守守恒定律律．頻閃閃儀每隔隔0.05s閃光一次次，圖實實Ⅵ－8中所標數(shù)數(shù)據(jù)為實實際距離離，該同同學通過過計算得得到不同同時刻的的速度如如下表(當?shù)刂亓α铀俣榷热?.8m/s2，小球質(zhì)質(zhì)量m＝0.2kg，結(jié)果保保留三位位有效數(shù)數(shù)字)：時刻t2t3t4t5速度(m/s)5.595.084.58(1)由頻閃照照片上的的數(shù)據(jù)計計算t5時刻小球球的速度度v5＝________m/s.(2)從t2到t5時間內(nèi)內(nèi)，重重力勢勢能增增加量量ΔEp＝______J，動能能減少少量ΔEk＝________J.(3)在誤差差允許許的范范圍內(nèi)內(nèi)，若若ΔEp與ΔEk近似相相等，，從而而驗證證了機機械能能守恒恒定律律．由由上述述計算算得ΔEp________ΔΔEk(選填“＞”“＜”或“＝”)，造成成這種種結(jié)果果的主主要原原因是是______________．答案(1)4.08(2)1.421.46(3)＜原原因見見解析析4．用如如圖實實Ⅵ－9所示的的實驗驗裝置置驗證證機械械能守守恒定定律．．實驗驗所用用的電電源為為學生生電源源，有有輸出出電壓壓為6V的交流流電和和直流流電兩兩種．．重物物從高高處由由靜止止開始始下落落，重重物拖拖著的的紙帶帶上有有打出出的一一系列列點，，對紙紙帶上上的點點痕進進行測測量，，即可可驗證證機械械能守守恒定定律．．(1)下面列列舉了了該實實驗的的幾個個操作作步驟驟：A．按照照圖實實Ⅵ－9所示的的裝置置安裝裝器件件；B．將打打點計計時器器接到到電源源的“直流輸輸出”上；C．用天天平測測出重重物的的質(zhì)量量；D．先釋釋放紙紙帶，，后接接通電電源；；E．測量量紙帶帶上某某些點點間的的距離離；F．根據(jù)據(jù)測量量的結(jié)結(jié)果計計算重重物下下落過過程減減少的的重力力勢能能是否否等于于增加加的動動能．．其中沒沒有必必要進進行的的步驟驟是________，操作作不當當?shù)牟讲襟E是是________．(2)利用這這個裝裝置也也可以以測量量重物物下落落的加加速度度a的數(shù)值值．根根據(jù)打打出的的紙帶帶，選選取紙紙帶上上的連連續(xù)的的五個個點A、B、C、D、E，測出各點點之間的距距離如圖實實Ⅵ－10所示．使用用交流電的的頻率為f，則計算重重物下落的的加速度的的表達式a＝________.(用x1、x2、x3、x4及f表示)(3)在驗證機械械能守恒定定律的實驗驗中發(fā)現(xiàn)，，重物減小小的重力勢勢能總是大大于重物增增加的動能能，其主要要原因是重重物和紙帶帶下落過程程中存在阻阻力作用，，可以通過過該實驗裝裝置測阻力力的大?。粢阎敭?shù)刂亓蛹铀俣葹間，還需要測測量的物理理量是________．試用這些些物理量和和紙帶上的的數(shù)據(jù)符號號表示重物物和紙帶在在下落的過過程中受到到的平均阻阻力大小Ff＝________.解析(1)步驟B是錯誤的，，應該接到到電源的“交流輸出”端；步驟C不必要，因因為根據(jù)測測量原理，，重物的動動能和勢能能中都包含含了質(zhì)量m，可以約去去；步驟D是錯誤的，，應該先接接通電源，，待打點穩(wěn)穩(wěn)定后再釋釋放紙帶．．5．(2013·蘇北四星級級高中聯(lián)考考)用如圖實Ⅵ－11所示裝置驗驗證m1、m2組成的系統(tǒng)統(tǒng)機械能守守恒．m2從高處由靜靜止開始下下落，m1上拖著的紙紙帶打出一一系列的點點，對紙帶帶上的點跡跡進行測量量，即可驗驗證機械能能守恒定律律．圖實Ⅵ－12給出的是實實驗中獲取取的一條紙紙帶：0是打下的第第一個點，，每相鄰兩兩計數(shù)點間間還有4個點(圖中未標出出)，計數(shù)點間間的距離如如圖所示．．已知m1＝50g、m2＝150g(g取9.8m/s2，所有結(jié)果果均保留三三位有效數(shù)數(shù)字)．(1)在紙帶上打打下計數(shù)點點5時的速度v5