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1、实验六验证机械能守恒定律 三 实验器材铁架台 含铁夹 打点计时器 学生电源 纸带 复写纸 导线 毫米刻度尺 重物 带纸带夹 四 实验 步骤1 安装置 按右图将检查 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次 5次实验 六 误差分析1 本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力 空气阻力 打点计时器阻力 做功 故动能的增加量 Ek稍小于重力势能的减少量 Ep 即 Ek Ep 这属于系统误差 改进的办法是调
2、整器材的安装 尽可能地减小阻力 2 本实验的另一个误差来源于长度的测量 属偶然误差 减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起 一次将各打点对应的下落高度测量完 或者多次测量取平均值来减小误差 实验原理及误差分析 例1 用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律 实验所用的电源为学生电源 输出电压为6V的交流电和直流电两种 重锤从高处由静止开始落下 重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点 对纸带上的点的痕迹进行测量 即可验证机械能守恒定律 1 下面列举了该实验的几个操作步骤 按照图示的装置安装器件 将打点计时器接到电源的直流输出端上 用天平测量出重锤的质量 释放悬挂纸带的夹子 同时接通电源开关
3、 打出一条纸带 测量打出的纸带上某些点之间的距离 根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤 并说明理由 2 利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值 如图所示 根据打出的纸带 选取纸带上打出的连续五个点A B C D E 测出A点距起始点O的距离为x0 点A C间的距离为x1 点C E间的距离为x2 使用交流电的频率为f 则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式 a 3 在验证机械能守恒定律的实验中发现 重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能 其主要原因是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用 可以通过该实验装置测定
4、该阻力的大小 若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g 还需要测量的物理量是 试用这些物理量和纸带上的测量数据表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小为F 实验数据的处理 例2 2012年珠海模拟 在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中 使质量为m 1 00kg的重物自由下落 打点计时器在纸带上打出一系列的点 选取一条符合实验要求的纸带如图所示 O为第一个点 A B C为从合适位置开始选取连续点中的三个点 已知打点计时器每隔0 02s打一个点 当地的重力加速度为g 9 80m s2 那么 1 根据图上所得的数据 应取图中O点到 点来验证机械能守恒定律 2 从O点到 1 问中所取的点 重物重
5、力势能的减少量 Ep J 动能增加量 Ek J 结果取三位有效数字 答案 1 B 2 1 881 84 3 A 例3 某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律 弧形轨道末端水平 离地面的高度为H 将钢球从轨道的不同高度h处静止释放 钢球的落点距轨道末端的水平距离为x 1 若轨道完全光滑 x2与h的理论关系应满足x2 用H h表示 2 该同学经实验测量得到一组数据 如下表所示 请在下图所示的坐标纸上作出x2 h关系图象 3 对比实验结果与理论计算得到的x2 h关系图线 上图中已画出 自同一高度静止释放的钢球 水平抛出的速率 填 小于 或 大于 理论值 4 从x2 h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著 你认为造成上述偏差的可能原因是 3 从图中看出 同一h下的x2值 理论值明显大于实际值 而在同一高度H下的平抛运动水平射程由水平速率决定 可见实际水平速率小于理论速率 4 由于客观上轨道与小球间存在摩擦 机械能减小 因此会导致实际值比理论值小 小球的转动也需要能量维持 而机械能守恒中没有考虑重力势能转化成小球转动的这一部分能量 也会导致实际速率明显小于 理论 速率 这一点 可能不少同学考虑不到 答案 1 4Hh 2 见解析图 3 小于 4 摩擦 转动 回答任一即可
