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课件网) 第五节 验证机械能守恒定律 【实验过程】 一、实验步骤 1.安装置:按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。 2.打纸带:将纸带的一端用夹子固定在重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3～5次实验。 3.选纸带:选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为 2 mm的纸带,把纸带上打出的两点间的距离为2 mm的第一个点作为起始点,记作O,在距离O点较远处再依次选出计数点1、2、3… 4.测距离:用刻度尺测出O点到1、2、3…的距离,即为对应下落的高度h1、h2、h3… 二、数据处理 1.计算各点对应的瞬时速度:记下第1个点的位置O,在 纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、 3…并测量出各计数点到O 点的距离h1、h2、h3…再根 据公式vn= ,计算出1、2、3、4、…n 点的瞬 时速度v1、v2、v3、v4…vn。 2.机械能守恒验证: 方法一:利用起始点和第n点。 从起始点到第n个计数点,重力势能减少量为mghn,动能 增加量为 ,计算ghn和 ,如果在实验误差允 许的范围内ghn= ,则机械能守恒定律得到验证。 方法二:任取两点A、B。 从A点到B点,重力势能减少量为mghA-mghB,动能增加量 为 ,计算ghAB和 ,如果在实验 误差允许的范围内ghAB= ,则机械能守恒定 律得到验证。 方法三:图象法。 计算各计数点 v2,以 v2为纵轴,以各计数点到第一 个点的距离h为横轴,根据实验数据绘出 v2-h图线。 若在误差许可的范围内图象是一条过原点且斜率为g的 直线,则验证了机械能守恒定律。 【误差分析】 (1)在进行长度测量时,测量及读数不准造成误差。 (2)重物下落要克服阻力做功,部分机械能转化成内能,下落高度越大,机械能损失越多,所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。 (3)由于交流电的周期不稳定,造成打点时间间隔变化而产生误差。 【注意事项】 (1)应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件,这就要求尽量减小各种阻力的影响,采取的措施有: ①安装打点计时器时,必须使两个限位孔的中线严格竖直,以减小摩擦阻力。 ②应选用质量和密度较大的重物,增大重力可使阻力的影响相对减小,增大密度可以减小体积,使空气阻力减小。 (2)纸带选取。 ①以第一个点为起点时,要验证的是 =mghn,必 须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点,所 以前两个点的间距为h= gt2= ×10×(0.02)2 m= 2 mm。 ②以下落中某点为起点时,要验证的是 =mghmn,这时选择纸带不需要满足两点间距为2 mm。 (3)计算速度时不能用v=gt或v= ,否则就犯了用 机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。 热点一 实验原理的考查 【典例1】为进行“验证机械能守恒定律”的实验,有下列器材可供选择: A.铁架台 B.打点计时器 C.复写纸 D.纸带 E.低压交流电源 F.天平 G.秒表 H.导线 I.电键 K.米尺 (1)上述器材不必要的是_____(只填字母代号),缺少的器材是_____。? (2)实验中下列物理量中需要直接测量的量有_____,通过计算可得到的量有_____(填字母序号)。? A.重锤质量 B.重力加速度 C.重锤下落的高度 D.与下落高度相应的重锤的瞬时速度 (3)质量m=1 kg的重锤自由下落,在纸带上打出一系 列的点如图所示,O为第一个点,A、B、C为相邻的点, 相邻计数点的时间间隔为0.02 s,长度单位是cm,g取 9.8 m/s2,求: a.打点计时器打下计数点B时,物体的速度vB=_____ ___m/s(保留两位有效数字)。? b.从点O到打下计数点B的过程中,物体重力势能的减少量ΔEp=_____J,动能的增加量ΔEk=_____J(保留两位有效数字)。? 【解析】(1)要验证mgh= mv2,即gh= v2,不需测量m, 不需要用天平, h用刻度尺测量,不需要秒表,另外还缺 少重锤。 (2) ... ...
