1、第九節(jié)實驗：驗證機(jī)械能守恒定律,一、實驗?zāi)康?驗證機(jī)械能守恒定律 二、實驗原理 通過實驗，求做自由落體運動物體的重力勢能的減少量和相應(yīng)過程動能的增加量若二者相等，說明機(jī)械能守恒，從而驗證機(jī)械能守恒定律 三、實驗器材 打點計時器及電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、帶有鐵夾的鐵架臺、導(dǎo)線,四、實驗步驟 1安裝：將打點計時器固定在鐵架臺上；用導(dǎo)線將打點計時器與低壓交流電源相連接 2接電源，打紙帶：把紙帶的一端在重物上用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物停靠在打點計時器附近，接通電源，待打點穩(wěn)定后松開紙帶，讓重物自由下落重復(fù)幾次，打下35條紙帶 3選紙帶：選取點跡較為清晰的挑

2、選紙帶上第一個點及距離第一個點較遠(yuǎn)的點，并依次標(biāo)上0,1,2,3 4數(shù)據(jù)測量：測出0到點1、點2、點3的距離，即為對應(yīng)的下落高度h1、h2、h3,六、注意事項 1安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔在同一豎直線上，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，可使空氣阻力減小 3實驗時必須保持提起的紙帶豎直，手不動接通電源后，讓打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶，以保證第一點是一個清晰的點,七、誤差分析 1本實驗的誤差主要來自于空氣阻力及紙帶和計時器限位孔之間的摩擦故重力勢能的減少量應(yīng)等于動能增加量和克服阻力做功之和所以動能的增加量應(yīng)略小于重力勢

3、能的減少量,2偶然誤差 測量長度時會帶來誤差，減小誤差的辦法是： (1)測距離時都應(yīng)從打第一個點O點量起 (2)多測幾次取平均值 3系統(tǒng)誤差 實驗中重物和紙帶下落過程中要克服阻力(主要是打點計時器的阻力)做功，故動能的增加量Ek必定稍小于重力勢能的減少量Ep.,在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，有下列A至F六個步驟： A將打點計時器豎直固定在鐵架臺上 B接通電源，再松開紙帶，讓重錘自由下落 C取下紙帶，更換紙帶(或?qū)⒓垘Х瓊€面)，重新做實驗,答案：(1)ADBCEF(2)BCD,【針對訓(xùn)練】 1.關(guān)于驗證機(jī)械能守恒定律的實驗步驟有以下說法 A把打點計時器固定在鐵架上，并且用導(dǎo)線將打點計時器接在

4、低壓交流電源上 B將連有重物的紙帶穿過限位孔，用手提著紙帶，讓重物盡量靠近打點計時器 C松開紙帶，接通電源 D更換紙帶，重復(fù)幾次，選用點跡清晰且第1、2兩點間距為2 mm的紙帶,E用天平稱出物體的質(zhì)量，利用mghmv2/2驗證機(jī)械能守恒定律 在上述實驗步驟中錯誤的是_；多余的是_ 答案：CE,在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2，某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各計數(shù)點對應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖所示，圖中O點是打點計時器打出的第一個點，A、B、C、D分別是每打兩個點取出的計數(shù)點根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物(質(zhì)量為m

5、)由O點運動到B點時：,(1)重力勢能的減少量為_； (2)動能的增加量為_； (3)根據(jù)計算的數(shù)據(jù)可得出什么結(jié)論？產(chǎn)生誤差的主要原因是什么？,(3)從(1)、(2)中計算的數(shù)據(jù)得出在實驗誤差允許的范圍內(nèi)重物減少的重力勢能等于其動能的增加，機(jī)械能守恒 重物減少的重力勢能略大于其增加的動能，原因是重物在下落時要受到阻力作用(打點計時器對紙帶的摩擦力、空氣阻力)，克服阻力做功 答案：(1)1.911m(2)1.864m(3)見解析 【題后總結(jié)】(1)動能增量略小于勢能減少量，屬于系統(tǒng)誤差 (2)注意處理數(shù)據(jù)時的單位換算,【針對訓(xùn)練】 2.在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻

6、率為50 Hz，取當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.8 m/s2，測得所用的重物的質(zhì)量為1.00 kg.實驗中得到一條點跡清晰的紙帶，把第一個點記作O，另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量的點經(jīng)測量知道A、B、C、D各點到O 的距離分別為62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點運動到C點，重力勢能的減少量等于_J，動能的增加量等于_J(取3位有效數(shù)字),答案：7.627.56,1在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，下列物理量中需要用工具直接測量的和通過計算得到的有() A重錘的質(zhì)量 B重力加速度 C重錘下落的高度 D與重錘下落高度對應(yīng)的重錘瞬時速

7、度,答案：CD,2如圖所示是用自由落體法驗證機(jī)械能守恒定律時得到的一條紙帶，我們選中N點來驗證機(jī)械能守恒定律下面舉出一些計算打N點時紙帶下落速度的方法，其中正確的是(T是打點周期)(),答案：C,答案：A,4用落體法驗證機(jī)械能守恒定律中 (1)從下列器材中選出實驗所必需的，其編號為_ A打點計時器(包括紙帶)B重錘 C天平 D毫米刻度尺 E秒表 F運動小車 (2)打點計時器的安裝放置要求為_ _； 開始打點計時的時候，應(yīng)先_，然后_,答案：(1)ABD (2)使兩個限位孔的中線嚴(yán)格豎直先接通電源釋放紙帶 (3)點跡清晰點間距合適 (4)紙帶通過打點計時器時的阻力和重錘所受的空氣阻力小于它所減少

8、的重力勢能應(yīng)選體積小、密度大的重錘 (5)一條過原點的傾斜直線重力加速度,5.某個小組的三位同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖其中O是起始點，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的3個點該同學(xué)用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點的距離，用重錘在OB段的運動來驗證機(jī)械能守恒，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2，打點計時器所用電源頻率為f50 Hz，設(shè)重錘質(zhì)量為1.00 kg.,(3)丙同學(xué)用AC段的平均速度作為跟B點對應(yīng)的重錘的瞬時速度，若hA9.51 cm，hB12.42 cm，hc15.70 cm，則丙同學(xué)算得該段重錘重力勢能的減少量為_J(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字，下同)，而動能的增加量為_J，

9、這樣得到的結(jié)果是重力勢能的減少量_動能的增加量(選填“大于”、“小于”或“等于”) (4)若你是指導(dǎo)老師，你認(rèn)為三個同學(xué)的數(shù)據(jù)處理方法中較合理的是_(選填“甲”、“乙”或“丙”，此空為不定項選擇),解析：甲同學(xué)用vBngT求得的速度vB為理論值，但由于實驗中存在阻力，重錘實際下落的高度比理論上在nT時間內(nèi)下落的小，故造成重力勢能的減少小于動能的增加 乙同學(xué)用機(jī)械能守恒規(guī)律驗證機(jī)械能守恒，故得到的重力勢能的減少等于動能的增加,答案：(1)小于(2)等于 (3)1.221.20大于(4)丙,6在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，打點計時器所用電源頻率為50 Hz，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹禐?.80 m/s2，測得所用重物的質(zhì)量為1.00 kg. 若按實驗要求正確地選出紙帶進(jìn)行測量，量得連續(xù)三點A、B、C到第一個點的距離如圖所示(相鄰計數(shù)點時間間隔為0.02 s)，那么,(1)紙帶的_端與重物相連 (2)打點計時器打下計數(shù)點B時，重物的速度vB_. (3)在從起點O到打下計數(shù)點