《新人教 高中物理 必修2--7.9 实验：验证机械能守恒定律》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新人教 高中物理 必修2--7.9 实验：验证机械能守恒定律（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、9 实验 验证机械能守恒定律 一 二 三 四 一 实验目的1 会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度 2 掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法 一 二 三 四 二 实验器材铁架台 带铁夹 打点计时器 重物 带纸带夹子 纸带 复写纸 导线 毫米刻度尺 学生电源 一 二 三 四 三 实验原理让物体自由下落 忽略阻力情况下物体的机械能守恒 有两种方案验证物体的机械能守恒 一 二 三 四 四 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 一 二 三 四 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
2、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2mm的纸带 把纸带上打出的两点间的距离为2mm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 实验指导 典例剖析 一 实验注意事项1 先接通电源打点 后释放纸带 4 测量下落高度时 为减小实验误差 后边的点应距起点O较远 在测量各点到O点的距离时 应当用刻度尺从O点量起 一次性读出各点到O点的距离 实验指导 典例剖析 二 数据处理1 求瞬
3、时速度 2 守恒验证方法一 利用起始点 实验指导 典例剖析 方法三 图象法 从纸带上选取多个点 测量从第一个点到其余各点的下落高度h 并计算各点速度的二次方v2 然后以v2为纵轴 以h为横轴 根据实验数据绘出v2 h图线 若在误差允许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 实验指导 典例剖析 三 误差分析1 测量长度会带来偶然误差 减小偶然误差的办法 1 测距离都应从O点测起 2 多次测量取平均值 3 选取的计数点应尽可能离O点远些 以减小相对误差 2 重物在拖着纸带下落的过程中必然受到阻力作用 主要是打点计时器与纸带间的摩擦力以及空气的阻力 克服这些阻力做功要消耗能
4、量 所以重物动能的增加量必定小于重力势能的减少量 这是实验设计上带来的系统误差 3 打点计时器周期变化带来误差 实验指导 典例剖析 例题1 实验原理及过程的理解 某同学利用重物自由下落来 验证机械能守恒定律 的实验装置如图甲所示 实验指导 典例剖析 1 请指出实验装置中存在的明显错误 2 进行实验时 为保证重物下落时初速度为零 应 选填 A 或 B A 先接通电源 再释放纸带B 先释放纸带 再接通电源 3 根据打出的纸带 选取纸带上连续打出的1 2 3 4四个点如图乙所示 已测出点1 2 3 4到打出的第一个点O的距离分别为h1 h2 h3 h4 打点计时器的打点周期为T 若代入所测数据能满足
5、表达式gh3 则可验证重物下落过程机械能守恒 用题目中已测出的物理量表示 实验指导 典例剖析 解析 1 从图甲中的实验装置中发现 打点计时器接在了直流电源上 打点计时器的工作电源是低压交流电源 因此 明显的错误是打点计时器不能接在直流电源上 2 为了使纸带上打下的第1个点是速度为零的初始点 应该先接通电源 让打点计时器正常工作后 再释放纸带 若先释放纸带 再接通电源 当打点计时器打点时 纸带已经下落 打下的第1个点的速度不为零 因此 为保证重物下落的初速度为零 应先接通电源 再释放纸带 实验指导 典例剖析 答案 1 打点计时器不能接直流电源 或打点计时器应接交流电源 2 A 实验指导 典例剖析
6、 例题2 导学号61270121 实验数据的处理 在 验证机械能守恒定律 的实验中 打点计时器所用电源频率为50Hz 当地重力加速度的值为9 80m s2 测得所用重物的质量为1 0kg 甲 乙 丙三个学生分别用同一装置打出三条纸带 量出各纸带上前两个点间的距离分别为0 18cm 0 18cm和0 25cm 可看出其中肯定有一个学生在操作上出现了问题 出现的问题是 若按实验要求正确地选出纸带如图所示 相邻计数点的时间间隔为0 02s 那么 实验指导 典例剖析 1 纸带的 选填 左 或 右 端与重物相连 2 打点计时器打下计数点B时 重物的速度vB 3 从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能
7、的减少量Ep减 此过程中重物动能的增加量Ek增 4 通过计算 数值上Ep减 选填 或 Ek增 这是因为 5 实验的结论是 实验指导 典例剖析 解析 如果重物做自由落体运动 前两个点间的距离应接近于0 2cm 而丙同学的纸带上前两个点间的距离远大于这个值 说明重物在打第1点时已有速度 故丙同学在操作时出现的问题是先释放纸带后接通电源 1 纸带左端相邻两点之间的距离小 故纸带左端与重物相连 2 B点对应的速度vB 0 98m s 3 Ep减 mghOB 0 49J Ek增 0 48J 4 Ep减 Ek增 在实验中存在阻力 重物的重力势能不能完全转化为动能 5 在实验误差允许的范围内 重物的机械能守
8、恒 答案 先释放纸带后接通电源 1 左 2 0 98m s 3 0 49J0 48J 4 实验中存在阻力 重物的重力势能不能完全转化为动能 5 在误差允许的范围内 重物的机械能守恒 实验指导 典例剖析 变式训练1某同学做验证机械能守恒定律实验时 不慎将一条挑选出的纸带一部分损坏 损坏的是前端部分 剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中 单位是cm 打点计时器工作频率为50Hz 重力加速度g取9 8m s2 重物质量m 1 00kg 1 重物在2点的速度v2 在5点的速度v5 此过程中动能增加量 Ek 重力势能减少量 Ep 由以上可得出实验结论 实验指导 典例剖析 2 根据实验判断下列图
9、中正确的图象是 其中 Ek表示物体动能的变化量 h表示物体下落的高度 实验指导 典例剖析 2 物体机械能守恒 应有物体减少的重力势能转化为增加的动能 即 Ek mg h 可见物体增加的动能与下落的距离成正比 选项C正确 答案 1 1 50m s2 075m s1 03J1 06J在误差允许的范围内 机械能守恒 2 C 实验指导 典例剖析 甲 乙 例题3 导学号61270122 实验创新设计 为了探究机械能守恒定律 某同学设计了如图甲所示的实验装置 并提供了如下的实验器材 A 小车B 钩码C 一端带滑轮的木板D 细线E 电火花计时器F 纸带G 毫米刻度尺H 低压交流电源I 220V的交流电源 实
10、验指导 典例剖析 1 根据上述实验装置和提供的实验器材 你认为实验中不需要的器材是 填写器材序号 还应补充的器材是 2 实验中得到了一条纸带如图乙所示 选择点迹清晰且便于测量的连续7个点 标号0 6 测出0到1 2 3 4 5 6点的距离分别为d1 d2 d3 d4 d5 d6 打点周期为T 则打点2时小车的速度v2 若测得小车质量为M 钩码质量为m 打点1和点5时小车的速度分别用v1 v5表示 已知重力加速度为g 则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表示为 实验指导 典例剖析 实验指导 典例剖析 变式训练2如图甲中 悬点正下方P点处放有水平放置炽热的电热丝 当悬线摆至电热丝处时能轻易
11、被烧断 小球由于惯性向前飞出做平抛运动 在地面上放上白纸 上面覆盖着复写纸 当小球落在复写纸上时 会在下面白纸上留下痕迹 用重垂线确定出A B点的投影点N M 重复实验10次 小球每一次都从同一点由静止释放 球的落点痕迹如图乙所示 图中刻度尺水平放置 零刻度线与M点对齐 用刻度尺量出AN的高度h1 BM的高度h2 算出A B两点的竖直距离 再量出M C之间的距离x 即可验证机械能守恒定律 已知重力加速度为g 小球的质量为m 实验指导 典例剖析 1 根据图乙可以确定小球平抛时的水平射程为cm 2 用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v0 3 用测出的物理量表示出小球从A到B过程中 重力势能的减
12、少量Ep减 动能的增加量Ek增 实验指导 典例剖析 解析 1 根据刻度尺的读数原则 可知其读数为65 0cm 2 物体从B点平抛 有x v0t 12345 1 在验证机械能守恒定律实验中 纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示 其中最合适的是 答案 D 12345 2 利用重物下落验证机械能守恒定律的实验中 下面叙述正确的是 A 应该用天平称出重物的质量B 应该选用点迹清晰 特别是第一点没有拉成长条的纸带C 操作时应在接通电源的同时放开纸带D 打点计时器应接在电压为4 6V的直流电源上答案 B 12345 3 多选 下列关于验证机械能守恒定律实验的实验误差的说法中 正确的是 A 重物质量的称量不
13、准会造成较大误差B 重物质量选用得较大些 有利于减小误差C 重物质量选用得较小些 有利于减小误差D 先释放纸带后接通电源会造成较大误差解析 实验中 只需比较ghn与的值即可验证机械能守恒定律是否成立 与重物质量无关 选项A错误 重物质量大些 则在下落过程中 空气阻力可忽略不计 有利于减小误差 选项B正确 选项C错误 应先接通电源 打点计时器工作稳定后 再释放纸带 有利于减小误差 选项D正确 答案 BD 12345 4 在验证机械能守恒定律的实验中 1 供实验选择的重物有以下四个 应选择 A 质量为10g的砝码B 质量为200g的木球C 质量为50g的塑料球D 质量为200g的铁球 2 质量m
14、1kg的物体自由下落 得到如图所示的纸带 相邻计数点间的时间间隔为0 04s 那么从打点计时器打下起点O到打下B点的过程中 物体重力势能的减少量Ep J 此过程中物体动能的增加量Ek J g取9 8m s2 保留三位有效数字 12345 解析 1 为减小实验误差应选用铁球 2 Ep mghOB 2 28J答案 1 D 2 2 282 26 12345 5 导学号61270123 选做题 为了验证机械能守恒定律 我们提供了如图所示的实验装置 某同学进行了如下操作并测出如下数据 12345 用天平测定小球的质量为0 50kg 用游标卡尺测出小球的直径为10 0mm 用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的
15、距离为80 80cm 电磁铁先通电 让小球吸在开始端 电磁铁断电时 小球自由下落 1 在小球经过光电门时间内 计时装置记下小球经过光电门所用时间为2 50 10 3s 由此可算得小球经过光电门的速度为m s 2 计算得出重力势能的减少量为J 小球动能增加量为J 结果保留三位数字 3 试根据 2 对本实验下结论 12345 解析 1 小球经过光电门所用时间很短 可看作匀速直线运动 所以v 4m s 2 小球的重力势能的减少量Ep减 mgh 4 04J 小球动能增加量Ek增 mv2 0 4 00J 3 可见在误差允许范围内 小球的机械能是守恒的 答案 1 4 2 4 044 00 3 在误差允许范围内 小球的机械能是守恒的
