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1、第九第九节实验：验证机械能守恒定律机械能守恒定律第七章机械能守恒定律第七章机械能守恒定律一、一、实验目的目的利用自由落体运利用自由落体运动验证机械能守恒定律机械能守恒定律甲甲乙乙三、三、实验器材器材铁架架台台(带铁夹)，打打点点计时器器，重重物物(带纸带夹子子)，纸带，复复写写纸，导线，毫米刻度尺，学生，毫米刻度尺，学生电源源四、四、实验步步骤1安安装装置置：将将打打点点计时器器固固定定在在铁架架台台上上；用用导线将将打打点点计时器与低器与低压交流交流电源相源相连接接2接接电源源，打打纸带：把把纸带的的一一端端在在重重物物上上用用夹子子固固定定好好，另另一一端端穿穿过打打点点计时器器的的限限位
2、位孔孔，用用手手提提着着纸带使使重重物物停停靠靠在在打打点点计时器器附附近近，接接通通电源源，待待打打点点稳定定后后松松开开纸带，让重物自由下落重复几次，打下重物自由下落重复几次，打下35条条纸带3选纸带：选取取点点迹迹较为清清晰晰且且有有两两点点间的的距距离离约为2 mm的的纸带，把把纸带上上打打出出的的两两点点间的的距距离离为2 mm的的第第一一个个点点作作为起始点，起始点，记作作O，在距离，在距离O点点较远处再依次再依次选出出计数点数点1、2、34测距距离离：用用刻刻度度尺尺测出出O点点到到点点1、2、3的的距距离离，即即为对应下落的高度下落的高度h1、h2、h3六、六、误差分析差分析1
3、偶偶然然误差差：测量量相相关关长度度时带来来的的，减减小小的的方方法法是是多多测几几次取平均次取平均值2系系统误差差：实验过程程中中要要克克服服阻阻力力(主主要要是是打打点点计时器器的的阻阻力力)做做功功，故故动能能的的增增加加量量Ek必必定定稍稍小小于于势能能的的减减少少量量Ep.再再者者，交交流流电的的频率率f不不是是50 Hz也也会会带来来系系统误差差若若f50 Hz，由由于于速速度度值仍仍按按频率率为50 Hz计算算，频率率的的计算算值比比实际值偏偏小小，周周期期值偏偏大大，算算得得的的速速度度值偏偏小小，动能能值也也就就偏偏小小，使使EkEp的的误差差进一一步步加加大大；根根据据同同
4、样的的道道理理，若若f50 Hz，则可能出可能出现EkEp的的结果果七、注意事七、注意事项1安安装装打打点点计时器器时，必必须使使两两个个限限位位孔孔的的中中线严格格竖直直，以减小摩擦阻力以减小摩擦阻力2应选用用质量量和和密密度度较大大的的重重物物，增增大大重重力力可可使使阻阻力力的的影影响响相相对减小，增大密度可以减小体减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小，可使空气阻力减小3实验时，应先先接接通通电源源，让打打点点计时器器工工作作正正常常后后再再松松开开纸带让重物下落重物下落4本本实验中的三种中的三种验证方法中，均不需要方法中，均不需要测重物的重物的质量量m. 用如图所示的实验装置验
5、证机械能守恒定律实验所用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的电源为学生电源,输出电压为输出电压为6 V的交流电和直流电两种重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械能守恒定律下面列举了该实验的几个操作步骤：下面列举了该实验的几个操作步骤：对实验操作的考操作的考查A按照按照图示的装置安装器件；示的装置安装器件；B将打点将打点计时器接到器接到电源的直流源的直流输
6、出端上；出端上；C用天平用天平测量出重物的量出重物的质量；量；D释放放纸带，同，同时接通接通电源开关打出一条源开关打出一条纸带；E测量打出的量打出的纸带上某些点之上某些点之间的距离；的距离；F根根据据测量量的的结果果计算算重重物物下下落落过程程中中减减少少的的重重力力势能能是是否否等于重物增加的等于重物增加的动能能指出其中没有必要指出其中没有必要进行或者操作不恰当的步行或者操作不恰当的步骤，并，并说明原明原因因解析解析本本题是是对实验操作步操作步骤的考的考查仔仔细分析可知，步分析可知，步骤B是是错误的，的，应该接到接到电源的交流源的交流输出端出端;步步骤D是是错误的的,应该先接通先接通电源，待
7、打点源，待打点稳定后再定后再释放放纸带；步；步骤C没必要没必要,根根据据测量原理量原理,重物的重物的动能和能和势能中都包含了能中都包含了质量量m,可以可以约去去答案答案见解析解析 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频率为知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，当地重力加速度大小为，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乙所示，纸带上的第一个点记为O,另选连续的三个点另选连续的三个点A、B、C进行测
8、量进行测量,图中给出了这三个点到图中给出了这三个点到O点的距离点的距离hA、hB和和hC的值的值.回回答下列问题答下列问题(计算结果保留计算结果保留3位有效数字位有效数字)：实验数据分析与数据分析与处理理(1)打点计时器打打点计时器打B点时，重物速度的大小点时，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了机械能守恒定律？简要说明分析的依据答案答案(1)3.90(2)见解析见解析范范例例利利用用气气垫导轨验证机机械械能能守守恒恒定定律律，实验装装置置示示意意图如如图所示
9、所示(1)实验步步骤：将将气气垫导轨放放在在水水平平桌桌面面上上，桌桌面面高高度度不不低低于于1 m，将将导轨调至水平至水平用游用游标卡尺卡尺测出出挡光条的光条的宽度度l9.30 mm.由由导轨标尺尺读出两光出两光电门中心中心间的距离的距离s_cm.将将滑滑块移移至至光光电门1左左侧某某处，待待砝砝码静静止止时，释放放滑滑块，要求砝要求砝码落地前落地前挡光条已通光条已通过光光电门2.从从数数字字计时器器(图中中未未画画出出)上上分分别读出出挡光光条条通通过光光电门1和光和光电门2所用的所用的时间t1和和t2.用用天天平平称称出出滑滑块和和挡光光条条的的总质量量M，再再称称出出托托盘和和砝砝码的
10、的总质量量m.(2)用表示直接用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式量量的字母写出下列物理量的表达式滑滑块通通过光光电门1和光和光电门2时，瞬，瞬时速度分速度分别为v1_和和v2_.当滑当滑块通通过光光电门1和光和光电门2时,系系统(包括滑包括滑块、挡光条、光条、托托盘和砝和砝码)的的总动能分能分别为Ek1_和和Ek2_.在滑在滑块从光从光电门1运运动到光到光电门2的的过程中，系程中，系统重力重力势能能的减少量的减少量Ep_(重力加速度重力加速度为g)(3)如果如果Ep_，则可可认为验证了机械能守恒定律了机械能守恒定律名名师点点评本本实验是是验证多多物物体体系系统的的机机械械能能守守恒恒，采采用用了了气气垫导轨，减小了摩擦阻力，提高了，减小了摩擦阻力，提高了实验精度精度
