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1、第九节 实验：验证机械能守恒定律,第七章 机械能守恒定律,一、实验目的 利用自由落体运动验证机械能守恒定律,甲,乙,三、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 四、实验步骤 1安装置：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与低压交流电源相连接 2接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落重复几次，打下35条纸带,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
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点到点1、2、3的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3,六、误差分析 1偶然误差：测量相关长度时带来的，减小的方法是多测几次取平均值 2系统误差：实验过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量Ek必定稍小于势能的减少量Ep.再者，交流电的频率f不是50 Hz也会带来系统误差若f50 Hz，由于速度值仍按频率为50 Hz计算，频率的计算值比实际值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，使EkEp的误差进一步加大；根据同样的道理，若f50 Hz，则可能出现E
3、kEp的结果,七、注意事项 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，可使空气阻力减小 3实验时，应先接通电源，让打点计时器工作正常后再松开纸带让重物下落 4本实验中的三种验证方法中，均不需要测重物的质量m.,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6 V的交流电和直流电两种重物从高处由静止开始落下，重物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 下面列举了该实验的几个操作步骤：,对实验操作的考查,A按
4、照图示的装置安装器件； B将打点计时器接到电源的直流输出端上； C用天平测量出重物的质量； D释放纸带，同时接通电源开关打出一条纸带； E测量打出的纸带上某些点之间的距离； F根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于重物增加的动能 指出其中没有必要进行或者操作不恰当的步骤，并说明原 因,解析 本题是对实验操作步骤的考查仔细分析可知，步骤B是错误的，应该接到电源的交流输出端;步骤D是错误的,应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带；步骤C没必要,根据测量原理,重物的动能和势能中都包含了质量m,可以约去 答案 见解析,某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律已知打点计时器所用电源的
5、频率为50 Hz，当地重力加速度大小为g9.80 m/s2.实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示，纸带上的第一个点记为O,另选连续的三个点A、B、C进行测量,图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值.回答下列问题(计算结果保留3位有效数字)：,实验数据分析与处理,(1)打点计时器打B点时，重物速度的大小vB_m/s. (2)通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析的依据,答案 (1)3.90 (2)见解析,范例 利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示,(1)实验步骤： 将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m
6、，将导轨调至水平 用游标卡尺测出挡光条的宽度l9.30 mm. 由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s_cm. 将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2. 从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间t1和t2. 用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.,(2)用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式 滑块通过光电门1和光电门2时，瞬时速度分别为v1_和v2_. 当滑块通过光电门1和光电门2时,系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1_和Ek2_. 在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量Ep_(重力加速度为g) (3)如果Ep_，则可认为验证了机械能守恒定律,名师点评 本实验是验证多物体系统的机械能守恒，采用了气垫导轨，减小了摩擦阻力，提高了实验精度,
