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1、实验 验证机械能守恒定律 1 2 实验原理 研究在自由落体运动中 方案1 从起点开始计算 方案2 从一般位置开始计算 2 实验器材 实验器材 打点计时器 纸带 复写纸 重物 刻度尺 铁架台 带铁夹 学生电源等 夹子 纸带 重物 铁架台 3 思考题重物选取的原则是什么 为什么 密度比较大 质量相对比较大 可以减小因为空气阻力带来的误差 实验中还有哪些应该注意的地方 计时器要稳定在铁架台上 计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向 铁架台放在桌边 计时器距地面的距离大约是1m 这样做的目的是什么 计时器平面与纸带限位孔在竖直方向上的目的是减小摩擦以减小实验误差的产生 铁架台放在桌边有利于重物下落到地面
2、上 计时器距地面的距离较大的目的是能够有充足的时间使重物下落 以便在纸带上能够打出较多的点 有利于进行计算 4 1 把打点计时器安装在铁架台上 用导线将学生电源和打点计时器接好 2 把纸带的一端用夹子固定在重锤上 另一端穿过打点计时器的限位孔 用手竖直提起纸带 使重锤停靠在打点计时器附近 3 接通电源 待计时器打点稳定后再松开纸带 让重锤自由下落 打点计时器应该在纸带上打出一系列的点 4 重复上一步的过程 打三到五条纸带 5 选择一条点迹清晰且第l 2点间距离接近2mm的纸带 在起始点标上0 以后各点依次为1 2 3 用刻度尺测量对应下落的高度h1 h2 h3 记人表格中 实验步骤 5 6 用
3、公式vn hn 1 hn 1 2t 计算出各点的瞬时速度v1 v2 v3 并记录在表格中 7 计算各点的重力势能的减少量mgh 和动能的增加量 并进行比较 看是否相等 将数值填人表格内 6 问题1 本实验要不要测量物体的质量 无需测量物体的质量 如果实验要求计算势能和动能的具体数据 那就必须要知道物体的质量 7 问题2 纸带上的第一个点为计时起点0 起始点的速度应该为零 即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚开始下落 起始点 对于实际获得的纸带 如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢 纸带上的头两个点间的距离应接近2mm 8 思考 可以回避起始点 即处理纸带时可以不用到起始点
4、我们可以选取A B两点 比较它们的机械能EA和EB 若以点B为0势能点 则有 EKA mg h EKB 9 思考 这种方法认为加速度为g 由于各种摩擦阻力不可避免 所以实际加速度必将小于g 这样将得到机械能增加的结论 有阻力作用机械能应该是减少的 故这种方法也不能用 这种方法是根据机械能守恒定律得到的 而我们的目的就是验证机械能守恒定律 所以不能用 如何测量物体的瞬时速度 10 图象法处理数据 该图象的斜率表示什么 为什么图象通过原点 11 1 在 验证机械能守恒定律 的实验中 1 现有器材是 打点计时器 低压电源 纸带 带夹子的重物 刻度尺 天平 导线 铁架台 其中该实验不需要的器材是 2
5、实验中 要从几条打上点的纸带中挑选第一 二两点间的距离接近 mm并且点迹清晰的纸带进行测量 3 某学生在实验中器材安装正确 操作规范 所用交流电的频率为50Hz 但验证结果是重物增加的动能稍小于它减少的重力势能 其主要原因是 天平 h gt2 2 10 0 022 2 0 002m 2mm 纸带受到的摩擦和空气阻力做负功 12 2 为了验证物体在自由下落过程中机械能是守恒的 将m 0 5kg的重物系上一纸带 并将纸带穿过打点计时器 当重物自由下落时 得到如图所示的记录纸带 已知打点周期T 0 02s 设当地的重力加速度g 9 9m s2 计算打A B两点时重物下落的速率VA VB 以A B两点
6、为例 验证机械能是否守恒 Ek mgh 结论 1 5m s 2 1m s 0 54J 0 53J 在误差允许范围内机械能守恒 13 3 在验证机械能守恒定律时 将重物自由下落 纸带记录如图所示 计算结果取2位有效数字 T 0 02s图中纸带左端为与重物相连端 0点为重物静止时所记录的点 ABC三个记数点为打点计时之点 则重物下落hB距离时 其速度VB可用计算式VB 进行计算 根据图示数据求出VB m s 重物重力势能减少量为 动能增加量为 两者不完全相同的原因是 实验中需要的测量仪器是 AB BC 2T 1 6 1 5J 1 3J 打点计时器 刻度尺 下落过程中 重物克服摩擦和空气阻力做功 部分机械能转化为内能 14
