实验(8):验证机械能守恒定律 一、实验原理图 二、基本实验要求1.实验目的:验证机械能守恒定律2.实验原理:让物体自由下落,用刻度尺测出物体下落的高度hn,求出对应点的瞬时速度vn,比较重力势能的减少量与动能的增加量,若二者相等,则机械能守恒3.实验器材:铁架台(带铁夹)、打点计时器、学生电源、导线、带铁夹的重锤、纸带、刻度尺 4.实验步骤:(1)按实验原理图把打点计时器竖直固定在铁架台上,用导线把打点计时器与学生电源连接好2)把纸带的一端在重锤上用夹子固定好,另一端穿过打点计时器限位孔3)用手提着纸带,让重物靠近打点计时器并处于静止状态,然后接通电源,松开纸带,让重物自由落下重复几次,得到3~5条打好点的纸带4)在打好点的纸带中挑选出点迹清晰的纸带进行测量,在起始点标上O,以后各点依次标上A、B、C、…,用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3、…,如图所示 (5)应用公式vn= ,算出各点对应的即时速度v1、v2、v3、…、vn,填入记录表中6)计算各点对应的势能减少量ΔEp和动能的增加量ΔEk,进行比较 5.数据处理:(1)方案一:利用起始点和第n点计算。
2)方案二:任取两点计算 ②若在实验误差允许的条件下二者相等,则机械能守恒定律是正确的3)方案三:图象法从纸带上选取多个点,测量从第一点到其余各点的下落高度hn,并计算各点速度的平方,然后以v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出v2-h图象,若在误差允许的条件下,图线是一条过原点的直线,则机械能守恒定律是正确的 6.注意事项:(1)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料2)打点计时器安装要稳固,并使两限位孔在同一竖直线上,以减少摩擦阻力3)实验中,手提着纸带上端并保持纸带竖直,减少纸带与限位孔间的摩擦阻力4)实验中,需保持提纸带的手不动并让重物靠近打点计时器,待接通电源,让打点计时器工作正常后再松开纸带让重物下落,以保证第一个点是一个清晰的点5)因不需要知道动能和势能的具体数值,因此不需要测出重物的质量m7.误差分析:实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力做功,所以动能的增加量要小于势能的减少量 考点1考点2考点3实验原理和操作典例典例4(1)在“验证机械能守恒定律”的实验中,某实验小组分别设计了如图甲、乙、丙所示的实验装置来验证机械能守恒定律 考点1考点2考点3(1)经分析比较后,其中最理想的实验装置是 (选填“甲”“乙”或“丙”)。
(2)某个小组的三位同学按照正确的操作选得纸带如图所示,其中O是起始点,A、B、C是打点计时器连续打下的3个点该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,用重物在OB段的运动来验证机械能守恒,已知当地的重力加速度g取9.80 m/s2,打点计时器所用电源频率为f=50 Hz,设重物质量为1.00 kg 考点1考点2考点3①甲同学发现,图中的B是除起始点外打点计时器打下的第n个点,因此他用vB=ngT(T是打点计时器的打点周期)计算B点对应时刻重物的速度,这样得到的结果是重力势能的减少量 (选填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量 ②乙同学认为,可以利用O点到B点的距离hB,计算B点对应时刻重物的速度vB= ,这样得到的结果是重力势能的减少量 (选填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量 ③丙同学用AC段的平均速度作为跟B点对应的重物瞬时速度,即用vB= 计算B点对应时刻重物的速度,这样得到的结果是重力势能的减少量 (选填“大于”“小于”或“等于”)动能的增加量 你认为三位同学的数据处理方法中合理的是 (选填“甲”“乙”或“丙”)。
答案解析解析关闭(1)甲;(2)①甲同学直接按自由落体计算的瞬时速度,而实际运动过程中有空气阻力和摩擦力,加速度会小于g,所以这样计算的速度偏大,所以重力势能的减少量小于动能的增加量;②乙同学直接利用高度按照匀加速计算速度,相当于是利用重力势能求动能,结果是相等的,但这种求法是错误的;③丙同学用匀变速直线运动规律求解B点速度,与重物实际运动规律相符,所以速度计算正确,由于实验过程中摩擦阻力的存在,重力势能有一部分转化给了摩擦阻力做功产生的内能,重力势能的减少量大于动能的增加量三位同学的数据处理方法中合理的是丙 答案解析关闭(1)甲 (2)①小于 ②等于 ③大于 丙 考点1考点2考点3实验数据处理典例典例5(2017~2018浙江稽阳联考)在做“验证机械能守恒定律”的实验中,某实验小组用天平称量得到重锤质量m=0.3 kg,打点计时器工作频率为50 Hz,他们在实验中获得一条纸带如图所示,A、B、C、D、E、F为依次打下的点,根据纸带上的数据,可测得打下D点重锤的动能EkD= J某同学计算发现A到D点重力势能的减少量ΔEp小于D点时重锤的动能EkD,由此他得出结论:在重锤下落过程中,机械能不守恒。
你认为他的观点是否正确? 原因是 答案解析解析关闭 答案解析关闭 考点1考点2考点3实验创新设计典例典例6某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律频闪仪每隔0.05 s闪光一次,图中所标数据为实际距离,该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8 m/s2,小球质量m=0.2 kg,结果保留三位有效数字): 考点1考点2考点3(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5= m/s (2)从t2到t5时间内,重力势能增加量ΔEp= J,动能减少量ΔEk= J (3)在误差允许的范围内,若ΔEp与ΔEk近似相等,从而验证了机械能守恒定律由上述计算得ΔEp (选填“>”“<”或“=”)ΔEk,造成这种结果的主要原因是 答案解析解析关闭 答案解析关闭 。