1、驗證機械能守恒定理1.實驗?zāi)康膶W(xué)會用打點計時器驗證機械能守恒定理的實驗方式和技能2.實驗原理在物體自由下落的過程中，只有重力對物體做功，遵循機械能守恒定理，即重力勢能的降低量等于動能的降低量。在實驗偏差范圍內(nèi)驗證（必須初速率為零）或1mvmv12（v10）222和s，由公式測定第n點的瞬時速率的方式是：測出第n點的相鄰前、后兩段相等時間T內(nèi)下落的距離snn+1vn=snsn1，或由vn=dn1dn1算出，如圖所示。(注意單位用國際單位，認(rèn)清計數(shù)點還是計時點，注意有無2T2T有效數(shù)字的要求)+13實驗器材鐵架臺(帶
2、鐵夾)、電磁打點計時器、重錘(帶紙帶夾子)、紙帶、復(fù)寫紙片、直尺、導(dǎo)線、低壓交流電源dn-14.實驗步驟dn+1（1）按右上圖裝置把打點計時器固定在支架上，并將打點計時器接在46V的交流電源上.（假如用電火花打點計時器電流：220v交流電）（2）將大概0.5m長的紙帶用小夾子固定在重錘上后穿過打點計時器，用手豎直提起紙帶使重錘停靠在打點計時器附近（3）先接通電源，再握住紙帶，讓重物自由下落，計時器就在紙帶上打下一系列的點.（4）換上新的紙帶，重做幾次里面的實驗.5注意事項(1)安裝打點計時器時，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減少磨擦阻力(2)實驗時
3、，必須保持提起的紙帶豎直，手不動，待接通電源：讓打點計時器工作穩(wěn)定后再握住紙帶，以保證第一點是一個清晰的點(3)檢測高度h時，應(yīng)從起始點算起，為減少h的相對偏差，選定的計數(shù)點要離起始點遠(yuǎn)些，紙帶不宜過長，有效寬度可6080cm2(4)由于是通過比較mv/2和mgh是否相等驗證機械能是否守恒，故不須要檢測重錘的質(zhì)量假如實驗要求估算勢能和動能的具體數(shù)據(jù)，那就必需要曉得物體的質(zhì)量。（5）本實驗中因重物和紙帶在下落的過程中要克服阻力做功，故動能的降低量Ek一定略大于重力勢能的降低量，這是不可避開的，屬于系統(tǒng)偏差.（6）不用檢測g,直接用g=9.8m/s2（7）我們要
4、求重物作自由落體運動，而阻力是不可防止地存在的，為了減低阻力對實驗的影響，應(yīng)采用密度較大的重物。（8）選計數(shù)點時，相鄰計數(shù)點間的距離要盡可能拉得開些，使求得的速率偏差小些。6數(shù)據(jù)處理在早已打好的紙帶中選購點跡清晰的一條紙帶，在起始點標(biāo)上O，之后各點依次標(biāo)上1,2,3,用刻度尺測出對應(yīng)下落高度h1、h2、h3，估算各點對應(yīng)的瞬時速率v1、v2、v3，之后估算各點對應(yīng)的勢能降低量mghn和動能增量2進(jìn)行比較估算時不須要檢測出重錘質(zhì)量mmvn/21/3這個實驗也可以用紙帶上任意兩點，第N點和第N+M點，估算打N點和+點的瞬時速率V1、V2，量出
5、第NNM點和第N+M點的距離h，重力勢能降低量mgh和動能增量1mv221mv12進(jìn)行比較227偏差剖析本實驗把重錘推動紙帶的下落作為自由落體運動處理，實際上因為存在磨擦阻力一定會使結(jié)果出現(xiàn)誤差由于實際估算下來的速率vn應(yīng)大于無其他阻力時對應(yīng)于該點的速率，也就是說最終結(jié)果應(yīng)該出現(xiàn)動能增量n2/2略大于重力勢能減少量在估算任意一點的瞬時速率vn時，采用的方式是vnsnsn1或vnhn1hn1的方式，而沒有用vn=ngt的方式2T2T估算，也是出此考慮，假如用vn=估算第n點速率，實際上是用理論的g值取代了實際上的加速度a,且ng
6、tag，則vn結(jié)果將會偏大，此外做這個實驗時是先接通電源，再放手，可能導(dǎo)致紙帶上記錄的最初兩點之間的時間間隔大于002s用v=ngt估算時仍按002s估算，也會使v值偏大，無論如何，使用v=ngt計nnn算瞬時速率都將使動能增量的估算值偏大典型例題例1“驗證機械能守恒定理”的實驗可以采用如圖所示的甲或乙方案來進(jìn)行(1)比較這兩種方案，_(選填“甲”或“乙”)方案好些，理由_自由落體實驗斜面貨車實驗驗證機械能守恒定理驗證機械能守恒定理(2)如圖是該實驗中得到的一條紙帶，測得每兩個計數(shù)點間的距離如圖中所示，已知每兩個計數(shù)點之間的時間間隔T0.1s物體
7、運動的加速度a_；該紙帶是采用_(選填“甲”或“乙”)實驗方案得到的，簡略寫出判定根據(jù)_(3)如圖是采用甲方案時得到的一條紙帶驗證機械能守恒定律，在估算圖中N點速率時驗證機械能守恒定律，幾位朋友分別用下述不同的方式進(jìn)行，其中正確的是()dxxdAv1Cvn1n1Dvg(n1)Tv例2：在用重錘下落來驗證機械能守恒時，某同事根據(jù)正確的操作選得紙帶如圖所示.其中O是起始點，A、B、C、D、E是打點計時器連續(xù)打下的5個點，打點頻度為50Hz.該朋友用毫米刻度尺檢測O到A、B、C、D、E各點的距離，并記錄在圖中（單位：cm）（1）這五個數(shù)據(jù)中不符合
8、有效數(shù)字讀數(shù)要求的是（填A(yù)、B、C、D或E）點讀數(shù)_.（2）紙帶聯(lián)接重物（填下端或右端）（3）該朋友用重錘在OC段的運動來驗證機械能守恒，OC距離用h來表示，他用vC=2gh估算與C點對應(yīng)的重2/3錘的瞬時速率，得到動能的降低量，這些做法（填“對”或“不對”）_.（4）若O點到某計數(shù)點的距離用h表示，重力加速度為g，該點對應(yīng)重錘的瞬時速率為v，則實驗中要驗證的方程為_.（5）若重錘質(zhì)量m=2.0010-1kg，重力加速度g=9.80m/s2，由圖中給出的數(shù)據(jù)，可得出從O點到打下D點，重錘重力勢能的降低量為_J，而動能的降低量為_
9、J（均保留三位有效數(shù)字）.(6)二者不完全相同的誘因?qū)嶒炛许氁臋z測儀器是（7）實驗推論是（8）假如僅僅是驗證機械能是否守恒，實驗中是否須要測出重物質(zhì)量?_；由于_（9）按照紙帶所檢測的數(shù)據(jù)，還可以求出物體實際下落的加速度為_m/s2，物體在從A到B下落的過程中所遭到的平均阻力為_N(估算結(jié)果都要保留3位有效數(shù)字)，該阻力的來源主要有：_；_例3如圖所示，是用落體法驗證機械能守恒定理的實驗裝置。（g取9.80m/s2）某同事借助他自己實驗時打出的紙帶，檢測出了各計數(shù)點到打點計時器打下的第一個點的距離h，算出了各計數(shù)點對應(yīng)的速率v，以h
10、為縱軸，以1v2為橫軸畫出了如圖的圖線。圖線的斜率近似等于_。2A.19.6B.9.80C.4.90D.2.25圖線未過原點O的緣由是_。例1答案：(1)甲該方案磨擦阻力小，偏差小，操作便捷(2)4.83m/s2乙由于物體的加速度比g小得多(3)BC例2答案（1）B（2）上端（3）不對正確估算公式vc=vc(ODOB)f（4）ghv22（5）0.380，0.376(6)2下落過程中,重物克服磨擦和空氣阻力做功,部份機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；打點計時器,刻度尺（7）在偏差容許范圍內(nèi)機械能守恒（8）不須要；倘若只是驗證，不須要曉得動能和勢能的具體數(shù)值2可消掉m,按照mgh=mv/2（9）9.750.0100，空氣阻力；紙帶和限位孔間的磨擦阻力說明：XCEXACaT2,T0.04s，mg-Ff=ma例3答案B，該朋友做實驗時先釋放了紙帶，之后再合上打點計時器的開關(guān)3/3