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第 九 节 实 验 ： 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 一 、 实 验 目 的验 证 机 械 能 守 恒 定 律 二 、 实 验 原 理通 过 实 验 ， 求 做 自 由 落 体 运 动 物 体 的 重 力 势 能 的 减 少 量和 相 应 过 程 动 能 的 增 加 量 若 二 者 相 等 ， 说 明 机 械 能 守 恒 ，从 而 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 三 、 实 验 器 材打 点 计 时 器 及 电 源 、 纸 带 、 复 写 纸 、 重 物 、 刻 度 尺 、 带有 铁 夹 的 铁 架 台 、 导 线 四 、 实 验 步 骤1 安 装 ： 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 3 5条 纸 带 3 选 纸 带 ： 选 取 点 迹 较 为 清 晰 的 挑 选 纸 带 上 第 一 个 点及 距 离 第 一 个 点 较 远 的 点 ， 并 依 次 标 上 0,1,2,34 数 据 测 量 ： 测 出 0到 点 1、 点 2、 点 3的 距 离 ， 即为 对 应 的 下 落 高 度 h 1、 h2、 h3 六 、 注 意 事 项1 安 装 打 点 计 时 器 时 ， 必 须 使 两 个 限 位 孔 在 同 一 竖 直 线上 ， 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 必 须 保 持 提 起 的 纸 带 竖 直 ， 手 不 动 接 通 电 源后 ， 让 打 点 计 时 器 工 作 稳 定 后 再 松 开 纸 带 ， 以 保 证 第 一 点 是一 个 清 晰 的 点 七 、 误 差 分 析1 本 实 验 的 误 差 主 要 来 自 于 空 气 阻 力 及 纸 带 和 计 时 器 限位 孔 之 间 的 摩 擦 故 重 力 势 能 的 减 少 量 应 等 于 动 能 增 加 量 和克 服 阻 力 做 功 之 和 所 以 动 能 的 增 加 量 应 略 小 于 重 力 势 能 的减 少 量 2 偶 然 误 差测 量 长 度 时 会 带 来 误 差 ， 减 小 误 差 的 办 法 是 ：(1)测 距 离 时 都 应 从 打 第 一 个 点 O点 量 起 (2)多 测 几 次 取 平 均 值 3 系 统 误 差实 验 中 重 物 和 纸 带 下 落 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 重 力 势 能的 减 少 量 E p. 在 “ 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 ” 的 实 验 中 ， 有 下 列A至 F六 个 步 骤 ：A 将 打 点 计 时 器 竖 直 固 定 在 铁 架 台 上B 接 通 电 源 ， 再 松 开 纸 带 ， 让 重 锤 自 由 下 落C 取 下 纸 带 ， 更 换 纸 带 (或 将 纸 带 翻 个 面 )， 重 新 做 实 验 答 案 ： (1)ADBCEF (2)BCD 【 针 对 训 练 】 1.关 于 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 的 实 验 步 骤 有以 下 说 法A 把 打 点 计 时 器 固 定 在 铁 架 上 ， 并 且 用 导 线 将 打 点 计时 器 接 在 低 压 交 流 电 源 上B 将 连 有 重 物 的 纸 带 穿 过 限 位 孔 ， 用 手 提 着 纸 带 ， 让重 物 尽 量 靠 近 打 点 计 时 器C 松 开 纸 带 ， 接 通 电 源D 更 换 纸 带 ， 重 复 几 次 ， 选 用 点 迹 清 晰 且 第 1、 2两 点间 距 为 2 mm的 纸 带 E 用 天 平 称 出 物 体 的 质 量 ， 利 用 mgh mv2/2验 证 机 械能 守 恒 定 律在 上 述 实 验 步 骤 中 错 误 的 是 _； 多 余 的 是 _答 案 ： C E 在 “ 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 ” 的 实 验 中 ， 已 知 打点 计 时 器 所 用 电 源 的 频 率 为 50 H z， 查 得 当 地 的 重 力 加 速 度 g 9.80 m/s2， 某 同 学 选 择 了 一 条 理 想 的 纸 带 ， 用 刻 度 尺 测 量时 各 计 数 点 对 应 刻 度 尺 上 的 读 数 如 图 所 示 ， 图 中 O点 是 打 点计 时 器 打 出 的 第 一 个 点 ， A、 B、 C、 D分 别 是 每 打 两 个 点 取出 的 计 数 点 根 据 以 上 数 据 ， 可 知 重 物 (质 量 为 m)由 O点 运 动到 B点 时 ： (1)重 力 势 能 的 减 少 量 为 _；(2)动 能 的 增 加 量 为 _；(3)根 据 计 算 的 数 据 可 得 出 什 么 结 论 ？ 产 生 误 差 的 主 要 原因 是 什 么 ？ (3)从 (1)、 (2)中 计 算 的 数 据 得 出 在 实 验 误 差 允 许 的 范 围 内重 物 减 少 的 重 力 势 能 等 于 其 动 能 的 增 加 ， 机 械 能 守 恒 重 物 减 少 的 重 力 势 能 略 大 于 其 增 加 的 动 能 ， 原 因 是 重 物在 下 落 时 要 受 到 阻 力 作 用 (打 点 计 时 器 对 纸 带 的 摩 擦 力 、 空 气阻 力 )， 克 服 阻 力 做 功 答 案 ： (1)1.911m (2)1.864m (3)见 解 析【 题 后 总 结 】 (1)动 能 增 量 略 小 于 势 能 减 少 量 ， 属 于 系 统误 差 (2)注 意 处 理 数 据 时 的 单 位 换 算 【 针 对 训 练 】 2.在 “ 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 ” 的 实 验 中 ，已 知 打 点 计 时 器 所 用 电 源 的 频 率 为 50 H z， 取 当 地 的 重 力 加 速度 g 9.8 m/s2， 测 得 所 用 的 重 物 的 质 量 为 1.00 kg.实 验 中 得 到一 条 点 迹 清 晰 的 纸 带 ， 把 第 一 个 点 记 作 O， 另 选 连 续 的 4个 点A、 B、 C、 D作 为 测 量 的 点 经 测 量 知 道 A、 B、 C、 D各 点 到O 的 距 离 分 别 为 62.99 cm、 70.18 cm、 77.76 cm、 85.73 cm.根据 以 上 数 据 ， 可 知 重 物 由 O点 运 动 到 C点 ， 重 力 势 能 的 减 少 量等 于 _J， 动 能 的 增 加 量 等 于 _J(取 3位 有 效 数 字 ) 答 案 ： 7.62 7.56 1 在 “ 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 ” 的 实 验 中 ， 下 列 物 理 量 中需 要 用 工 具 直 接 测 量 的 和 通 过 计 算 得 到 的 有 ( )A 重 锤 的 质 量B 重 力 加 速 度C 重 锤 下 落 的 高 度D 与 重 锤 下 落 高 度 对 应 的 重 锤 瞬 时 速 度 答 案 ： CD 2 如 图 所 示 是 用 自 由 落 体 法 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 时 得 到的 一 条 纸 带 ， 我 们 选 中 N点 来 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 下 面 举出 一 些 计 算 打 N点 时 纸 带 下 落 速 度 的 方 法 ， 其 中 正 确 的 是 (T是 打 点 周 期 )( ) 答 案 ： C 答 案 ： A 4 用 落 体 法 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 中(1)从 下 列 器 材 中 选 出 实 验 所 必 需 的 ， 其 编 号 为 _A 打 点 计 时 器 (包 括 纸 带 ) B 重 锤C 天 平 D 毫 米 刻 度 尺E 秒 表 F 运 动 小 车(2)打 点 计 时 器 的 安 装 放 置 要 求 为 _ _；开 始 打 点 计 时 的 时 候 ， 应 先 _， 然 后_ 答 案 ： (1)ABD(2)使 两 个 限 位 孔 的 中 线 严 格 竖 直 先 接 通 电 源 释 放 纸带 (3)点 迹 清 晰 点 间 距 合 适(4)纸 带 通 过 打 点 计 时 器 时 的 阻 力 和 重 锤 所 受 的 空 气 阻 力 小 于 它 所 减 少 的 重 力 势 能 应 选 体 积 小 、 密 度 大 的 重 锤(5)一 条 过 原 点 的 倾 斜 直 线 重 力 加 速 度 5.某 个 小 组 的 三 位 同 学 按 照 正 确 的 操 作 选 得 纸 带 如图 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 锤 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 9.80 m/s2， 打 点 计 时 器 所 用 电 源 频 率 为 f 50 H z， 设 重锤 质 量 为 1.00 kg. (3)丙 同 学 用 AC段 的 平 均 速 度 作 为 跟 B点 对 应 的 重 锤 的 瞬时 速 度 ， 若 hA 9.51 cm， hB 12.42 cm， hc 15.70 cm， 则丙 同 学 算 得 该 段 重 锤 重 力 势 能 的 减 少 量 为 _J(计 算 结果 保 留 三 位 有 效 数 字 ， 下 同 ) ， 而 动 能 的 增 加 量 为_J， 这 样 得 到 的 结 果 是 重 力 势 能 的 减 少 量 _动能 的 增 加 量 (选 填 “ 大 于 ” 、 “ 小 于 ” 或 “ 等 于 ” )(4)若 你 是 指 导 老 师 ， 你 认 为 三 个 同 学 的 数 据 处 理 方 法 中较 合 理 的 是 _ (选 填 “ 甲 ” 、 “ 乙 ” 或 “ 丙 ” ， 此 空为 不 定 项 选 择 ) 解 析 ： 甲 同 学 用 vB ngT求 得 的 速 度 vB为 理 论 值 ， 但 由于 实 验 中 存 在 阻 力 ， 重 锤 实 际 下 落 的 高 度 比 理 论 上 在 nT时 间内 下 落 的 小 ， 故 造 成 重 力 势 能 的 减 少 小 于 动 能 的 增 加 乙 同 学 用 机 械 能 守 恒 规 律 验 证 机 械 能 守 恒 ， 故 得 到 的 重力 势 能 的 减 少 等 于 动 能 的 增 加 答 案 ： (1)小 于 (2)等 于(3)1.22 1.20 大 于 (4)丙 6 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 50 H z， 当 地 重 力 加 速 度 的 值 为 9.80 m/s2， 测 得所 用 重 物 的 质 量 为 1.00 kg.若 按 实 验 要 求 正 确 地 选 出 纸 带 进 行 测 量 ， 量 得 连 续 三 点A、 B、 C到 第 一 个 点 的 距 离 如 图 所 示 (相 邻 计 数 点 时 间 间 隔 为0.02 s)， 那 么 (1)纸 带 的 _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)在 从 起 点 O到 打 下 计 数 点 B的 过 程 中 重 力 势 能 的 减 少量 是 Ep _， 此 过 程 中 重 物 动 能 的 增 加 量 是 Ek_.(4)通 过 计 算 ， 数 值 上 Ep_Ek(选 填 “ ” 、“ ” 或 “ ” )， 这 是 因 为 _(5)实 验 的 结 论 是 _ 答 案 ： (1)左 (2)0.98 m/s (3)0.49 J 0.48 J(4) 实 验 中 存 在 着 阻 力 (5)在 误 差 允 许 的 范 围 内 ， 重物 的 机 械 能 守 恒 第 七 章 机 械 能 守 恒 定 律 人教版物理必修实验要点精讲典型实验探究随堂实验训练2部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
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