高中物理（新人教必修二）：第七章 9《实验 验证机械能守恒定律》

欢迎进入物理课堂 9 实验 验证机械能守恒定律 1 实验原理 自由落体运动中 物体的重力势能和动能可以相互转化 总的机械能守恒 设某时刻物体的瞬时速度为v 下落高度为h 则有 利用打点计时器 通过纸带测出重物某时刻下落的高度及该时刻的 即可 验证机械能守恒定律 瞬时速度 刻度尺 低压交流电源 2 实验器材 打点计时器 纸带 复写纸片 重物 带有夹子的铁架台 导线等 3 减小实验误差 为了减小阻力对实验的影响 应采用密度 填 较大 或 较小 的重物 纸带应 放置 较大 竖直 4 关于 验证机械能守恒定律 的实验 下列叙述的步骤 中 正确的或必要的是 C A 利用天平测出重锤的质量B 采用直流低压电源接打点计时器C 先接通电源 后释放纸带D 用秒表测出重锤下落的时间 5 在 验证机械能守恒定律 的实验中 通过计算得到的 有 A 重锤的质量 D B 重锤的下落时间C 重锤的下落高度D 与重锤下落高度对应的瞬时速度解析 重锤的质量不需要测量 打点计时器是计时的仪器 故下落时间不需要计算 重锤下落的高度要测量出来 只有与重锤下落高度对应的瞬时速度需要用平均速度计算出来 落体法验证机械能守恒定律 实验目的 研究物体自由下落过程中动能与势能的变化 从而验证机 械能守恒定律 增加量为 mv2 看它们在实验误差允许的范围内是否相等 若 实验原理 1 在只有重力做功的自由落体运动中 物体的重力势能和动能互相转化 但总的机械能保持不变 若物体某时刻的瞬时 速度为v 下落高度为h 则重力势能的减少量为mgh 动能的 12 相等则验证了机械能守恒定律 2 速度的测量 做匀变速直线运动时 纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度 计算打第n个点时的瞬时速度的方法是 测出第n个点前后相邻两段相等时间T内下落的距离xn和xn 1 由公式vn 算出 如图7 9 1所示 图7 9 1 实验器材 铁架台 带铁夹 打点计时器 重物 带纸带夹子 纸带若干条 复写纸片 导线 刻度尺 学生电源等 实验步骤 1 安装 如图7 9 2所示 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 图7 9 2 2 纸带打点 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 先 待打点稳定后再 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纸带 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 3 4 数据测量 测出点0到点1 点2 点3 的距离 即 为对应的下落高度h1 h2 h3 接通电源 释放纸带 注意事项 1 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在竖直方向上 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 4 测下落的高度时 要从第一个打的点测起 并且各点对 应的下落高度要一次测量完 误差分析 1 本实验中 因重物和纸带在下落过程中要克服阻力做功 故动能的增加量一定略小于重力势能的减少量 这是不可避免的 属于系统误差 改进的方法是调整器材的安装 尽可能地减小阻力 2 本实验的另一误差来源于长度的测量 属于偶然误差 减小误差的方法是测量物体的下落距离时 所选的距离尽可能大一些 或者多次测量取平均值 例题 1 为进行 验证机械能守恒定律 的实验 有下列器材可供选择 铁架台 打点计时器 复写纸 纸带 低压直流电源 天平 秒表 导线 开关 其中不必要的器材是 缺少的器材是 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50Hz 查得当地的重力加速度g 9 8m s2 测得所用重物的质量为1 00kg 实验中得到的一条点迹清晰的纸带 如图7 9 3所示 把第一个点记为O 另选连续的4个点A B C D作为测量点 待测量后知道A B C D各点到O点的距离分别为62 99cm 70 18cm 77 76cm 85 73cm 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 取三位有效数字 图7 9 3 解析 1 打点计时器工作是需要用交流电源的 故低压直流电源应该换成低压交流电源 在该实验中 物体的质量可以不用测量 用不到天平 打点计时器已经起到计时的作用 秒表是多余的 而且打点计时器比秒表计时更精确 答案 1 低压直流电源 天平 秒表 低压交流电源 重 锤 刻度尺 2 7 627 57 触类旁通 1 在 验证机械能守恒定律 的实验中 有下述步骤 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 让重物自由下落 C 取下纸带 换新纸带 重新实验 D 将重物固定在纸带的一端 让纸带穿过打点计时器 用手 提着纸带 E 选择一条纸带 用刻度尺测出物体下落的高度h1 h2 h3 hn 计算出对应的瞬时速度 以上实验步骤的合理顺序是 ADBCEF 2 在 用落体法验证机械能守恒定律 的实验中 1 所用重锤的质量m 1 0kg 打点计时器所用电源的频率为50Hz 打下的纸带如图7 9 4所示 图中的数据为从起始点O到该点的距离 则在打B点时 重锤的速度vB m s 重锤的动能EkB J 从开始下落到打B点时 重锤的势能减少量是 J 取两位有效数字 图7 9 4 2 根据纸带算出各点的速度v 量出下落距离h 则以v2 为纵轴 h为横轴 画出的图线应是下图中的 答案 1 0 790 31 0 32 2 C 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