高中物理（新人教必修二）：7.9《实验：验证机械能守恒定律》2

欢迎进入物理课堂 9实验 验证机械能守恒定律 一 实验步骤 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 接通电源 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 选纸带 选取点迹清晰的且第1 2连续两点间的距离约为2mm的纸带 标数字 在打出的纸带上从打出的第1个点开始 依次标上0 1 2 3 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h1 h2 h3 三 注意事项 安装电火花计时器时 应使纸带 限位孔在同一竖直线上 以减小摩擦阻力 实验时 应保持提纸带的手不动 待接通电源 让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落 以保证打第一点时重物开始下落 选取纸带时 本着点迹清晰且第一 二两点间的距离接近2mm的原则 测下落高度时 应从起点O算起 为减少测量h值的相对误差 选取的各计数点要适当离起点O远些 纸带不宜过长 约40cm即可 不需要测量重物的质量 由于重物和纸带在下落过程中要克服阻力 所以动能的增加量 Ek必定稍小于重力势能的减少量 Ep 四 误差分析 本实验的误差主要是由于纸带测量产生的偶然误差和重物和纸带运动中空气阻力和打点计时器摩擦阻力引起的系统误差 使动能的增加量稍小于重力势能的减少量 测量时采取多次测量求平均值的方法来减小偶然误差 安装打点计时器时使两限位孔中线竖直 并且选择质量适当大些 体积尽量小些的重物来减小系统误差 打点计时器周期变化带来误差 典例1 用如图7 9 1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 输出电压为6V的交流电和直流电两种 重锤从高处由静止开始落下 重锤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 即可验证机械能守恒定律 实验原理及操作 图7 9 1 1 下面列举了该实验的几个操作步骤 A 按照图示的装置安装器件 B 将打点计时器接到电源的直流输出端上 C 用天平测量出重锤的质量 D 释放悬挂纸带的夹子 同时接通电源开关打出一条纸带 E 测量打出的纸带上某些点之间的距离 F 根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 指出其中没有必要进行或者操作不恰当的步骤 将其对应的字母填在下面的横线上 并说明原因 2 利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值 如图7 9 2所示 根据打出的纸带 选取纸带上打出的连续五个点A B C D E 测出A点距起始点O的距离为s0 点A C间的距离为s1 点C E间的距离为s2 交流电源的频率为f 则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为 a 图7 9 2 变式1 在做 验证机械能守恒定律 的实验时 以下说法中正确是 A 选用重锤时 密度大体积小的比密度小体积大的好B 选用重锤时 密度小体积大的比密度大体积小的好C 选用的重锤一定要测其质量D 重锤的质量大小与实验准确性无关 解析验证机械能守恒定律实验中 由于重物要克服空气阻力做功 从而产生系统误差 选用密度大体积小的重锤能减小空气阻力的影响 从而减小误差 A正确 B D错误 因验证量中都含有质量 故不用测量重锤的质量 C错误 答案A 典例2 在 验证机械能守恒定律 的实验中 所用电源的频率为50Hz 某同学选择了一条理想的纸带 用刻度尺测量时各点位置对应刻度尺上的读数如图7 9 3所示 图中O是打点计时器打的第一个点 A B C D是间隔一段所取的点 图中单位为厘米 根据实验并结合纸带回答以下问题 g取9 8m s2 数据处理 图7 9 3 1 现有器材是 电磁打点计时器 低压交流电源 纸带 带夹子的重物 刻度尺 天平 导线 铁架台 其中该实验不需要的器材是 2 实验时 释放纸带与接通电源的合理顺序是 3 实验中 要从几条打上点的纸带中挑选第一 二两点间的距离接近 mm并且点迹清晰的纸带进行测量 4 若重物的质量为mkg 则重物下落到B点时 减少的重力势能为 5 若重物的质量为mkg 则重物下落到B点时 重物的动能为 6 由纸带计算重物下落的加速度为 注 4 5 6 三题小数点后面保留两位小数 借题发挥在 验证机械能守恒定律 的实验中 误差的一部分来自于空气阻力及纸带和打点计时器限位孔之间的摩擦 故重力势能的减少应等于动能增加量和克服阻力做功之和 所以此题在计算结果上肯定是重力势能减少得多 动能增加得少 其差值除偶然误差外 就是上述原因造成的 图7 9 4 解析vn应表示从 n 1 到 n 1 间的实际速度 C D对 A B错 答案CD 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全