资源描述
一、实验目的一、实验目的 验证机械能守恒定律。验证机械能守恒定律。 二、实验原理二、实验原理超链接超链接图实图实61 四、实验步骤四、实验步骤 (1)安装置：按图实安装置：按图实62所示将检查、调整所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。 (2)打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源，提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。 更换纸带重复做更换纸带重复做35次实验。次实验。 三、实验器材三、实验器材 铁架台铁架台(含铁夹含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹带纸带夹)。图实图实62(3)选纸带：分两种情况说明选纸带：分两种情况说明 五、数据处理五、数据处理 1测量计算测量计算2验证守恒验证守恒 六、注意事项六、注意事项 (1)打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整到竖直方向，以减小摩擦时器平面与纸带限位孔调整到竖直方向，以减小摩擦阻力。阻力。 (2)重物要选用密度大、体积小的物体，这样可以减重物要选用密度大、体积小的物体，这样可以减小空气阻力的影响，从而减小实验误差。小空气阻力的影响，从而减小实验误差。 (3)实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带。直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带。 七、误差分析七、误差分析 (1)本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力力(空气阻力、打点计时器阻力空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量做功，故动能的增加量Ek稍稍小于重力势能的减少量小于重力势能的减少量Ep，即，即EkEp，这属于系统误差。，这属于系统误差。改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减少阻力。改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减少阻力。 (2)本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差。减小误差的办法是测下落距离时都从差。减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一次将点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完。或者采用多次测量取平均值各打点对应的下落高度测量完。或者采用多次测量取平均值来减小误差。来减小误差。实验原理与操作实验原理与操作 例例1在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为，依次打出的点为0,1,2,3,4n。则：。则：图实图实63 (1)如用第如用第2点到第点到第6点之间的纸带来验证，必须直接点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为测量的物理量为_、_、_，必须，必须计算出的物理量为计算出的物理量为_、_，验证的表达式，验证的表达式为为_。 (2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是下列实验步骤操作合理的排列顺序是_(填填写步骤前面的字母写步骤前面的字母)。 A将打点计时器竖直安装在铁架台上将打点计时器竖直安装在铁架台上 B接通电源，再松开纸带，让重物自由下落接通电源，再松开纸带，让重物自由下落(2)实验操作顺序为实验操作顺序为ADBCEF。题组演练题组演练1在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，要验证的是重的实验中，要验证的是重物重力势能的减少等于它动能的增加，以下步骤仅是实物重力势能的减少等于它动能的增加，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有_。A用天平称出重物的质量用天平称出重物的质量B把打点计时器固定到铁架台上，并用导线把它和把打点计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来低压交流电源连接起来C把纸带的一端固定到重物上，另一端穿过打点计把纸带的一端固定到重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重物提升到一定高度时器的限位孔，把重物提升到一定高度D接通电源，待打点稳定后释放纸带接通电源，待打点稳定后释放纸带E用秒表测出重物下落的时间用秒表测出重物下落的时间答案：答案：AE2(2012湖北百校联考湖北百校联考)“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验装的实验装置可以采用图实置可以采用图实64所示的甲或乙方案来进行。所示的甲或乙方案来进行。图实图实64(1)比较这两种方案，比较这两种方案，_(填填“甲甲”或或“乙乙”)方案方案好些。好些。(2)该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带。请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或带。请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方：不当的地方：_；_。(3)该实验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距该实验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距离如图丁中所示。已知相邻两个计数点之间的时间间隔离如图丁中所示。已知相邻两个计数点之间的时间间隔T0.1 s。则物体运动的加速度。则物体运动的加速度a_；该纸带是采；该纸带是采用用_(填填“甲甲”或或“乙乙”)实验方案得到的。实验方案得到的。解析：由解析：由xaT2，利用逐差法得到物体运动的加速度，利用逐差法得到物体运动的加速度a4.8 m/s2。若用自由落体实验测得物体运动的加速度。若用自由落体实验测得物体运动的加速度a应该接近应该接近10 m/s2，所以该纸带是采用，所以该纸带是采用“乙乙”实验方案得实验方案得到的。到的。答案：答案：(1)甲甲(2)打点计时器接了直流电源重物离打点计时器接了直流电源重物离打点计时器太远打点计时器太远(3)4.8 m/s2乙乙数据处理与误差分析数据处理与误差分析 例例2在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，已的实验中，已知电磁打点计时器所用的电源的频率为知电磁打点计时器所用的电源的频率为50 Hz，查得当，查得当地的重力加速度地的重力加速度g9.80 m/s2，测得所用的重物质量为，测得所用的重物质量为1.00 kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带。实验中得到一条点迹清晰的纸带(如图实如图实65所示所示)，把第一个点记为，把第一个点记为O，另选连续的四个点，另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到各点到O点的点的距离分别为距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm。图实图实65(1)根据以上数据，可知重物由根据以上数据，可知重物由O点运动到点运动到C点，重力势点，重力势能的减少量等于能的减少量等于_J，动能的增加量等于，动能的增加量等于_J(取三位有效数字取三位有效数字)。(2)根据以上数据，可知重物下落时的实际加速度根据以上数据，可知重物下落时的实际加速度a_m/s2，a_g(填填“大于大于”或或“小于小于”)，原因是原因是_。 (2)根据根据CDAB2aT2，CDODOC，ABOBOA，代入数据得，代入数据得a9.75 m/s2g。 实验中重物受空气阻力，纸带受限位孔或打点计实验中重物受空气阻力，纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力作用，导致时器振针的阻力作用，导致a”“”或或“”)，造成这种结，造成这种结果的主要原因是果的主要原因是_。(3)由于存在空气阻力的影响，所以由于存在空气阻力的影响，所以EpEk。答案：答案：(1)3.48(2)1.241.28(3)”“”或或“”)时，说明气垫导轨已经水平。时，说明气垫导轨已经水平。 (2)用螺旋测微器测遮光条宽度用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙，测量结果如图丙所示，则所示，则d_mm。 (3)滑块滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码的钩码Q相连，将滑块相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若机得到的图象如图乙所示，若t1、t2和和d已知，要验证滑已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出_和和_(写出物理量的名称及符号写出物理量的名称及符号)。 (4)若上述物理量间满足关系式若上述物理量间满足关系式_，则，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。 解析解析(1)当当t1t2时，滑块通过光电门时，滑块通过光电门A、B的速度的速度相同，说明气垫导轨已经水平。相同，说明气垫导轨已经水平。 (2)d8 mm0.01 mm47.48.474 mm。答案答案(1)(2)8.474(在在8.4738.475之间均算对之间均算对)(3)滑块质量滑块质量M两光电门间距离两光电门间距离L 一、本题创新点分析一、本题创新点分析 1源于教材源于教材本例中验证机械能守恒定律所使本例中验证机械能守恒定律所使用的气垫导轨、光电传感器优于课本实验器材。用的气垫导轨、光电传感器优于课本实验器材。 2高于教材高于教材本例中将悬挂的钩码本例中将悬挂的钩码Q纳入验证纳入验证机械能守恒的系统，消除了系统误差。机械能守恒的系统，消除了系统误差。 二、本实验还可以从以下方面进行改进创新二、本实验还可以从以下方面进行改进创新 (一一)实验器材的创新实验器材的创新图实图实68 (二二)数据处理数据处理 1本实验中的打点计时器，不采用电磁打点计时器，而本实验中的打点计时器，不采用电磁打点计时器，而采用电火花打点计时器，可以避免振针阻力的影响，减小实采用电火花打点计时器，可以避免振针阻力的影响，减小实验的误差。验的误差。 2用高频闪光照相机对自由落体运动的小球拍照，可通用高频闪光照相机对自由落体运动的小球拍照，可通过分析小球的闪光照片验证机械能守恒，数据处理方法与处过分析小球的闪光照片验证机械能守恒，数据处理方法与处理纸带类似。理纸带类似。 3利用光电门测小球下落速度的方法验证机械能守恒，利用光电门测小球下落速度的方法验证机械能守恒，可以减小因打点计时器限位孔及振针的阻力对实验精确度的可以减小因打点计时器限位孔及振针的阻力对实验精确度的影响。影响。题组演练题组演练5(2012九江模拟九江模拟)图实图实69甲是验证机械能守恒定甲是验证机械能守恒定律的实验。小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻律的实验。小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定。将轻绳拉至水平后由静止释放。在绳另一端固定。将轻绳拉至水平后由静止释放。在最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运动到最最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间低点的挡光时间t，再用游标卡尺测出小圆柱的直，再用游标卡尺测出小圆柱的直径径d，如图乙所示，重力加速度为，如图乙所示，重力加速度为g。则。则图实图实69(1)小圆柱的直径小圆柱的直径d_cm。(2)测出悬点到圆柱重心的距离测出悬点到圆柱重心的距离l，若等式，若等式gl_成成立，说明小圆柱下摆过程机械能守恒。立，说明小圆柱下摆过程机械能守恒。(3)若在悬点若在悬点O安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力F，则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是理量是_(用文字和字母表示用文字和字母表示)，若等式若等式F_成立，则可验证小圆柱在最低点的成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式。向心力公式。解析：解析：(1)小圆柱的直径小圆柱的直径d10 mm20.1 mm10.2 mm1.02 cm。图实图实610(1)滑块的速度滑块的速度v1、v2如何求出？滑块通过如何求出？滑块通过G1、G2时的高时的高度差度差h如何求出？如何求出？(2)若测得图中若测得图中L1 m，x0.5 m，H20 cm，m500 g，滑块通过滑块通过G1和和G2的时间分别为的时间分别为5102 s和和2102 s，当，当地重力加速度地重力加速度g9.80 m/s2，试判断机械能是否守恒。，试判断机械能是否守恒。答案：见解析答案：见解析
展开阅读全文