1、实验六 验证机械能守恒定律【实验目的】【实验目的】验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律【实验原理】【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瞬时速度为时刻瞬时速度为v，下落高度为，下落高度为h，则重力势能的减少量为，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为，动能的增加量为mv2，看它们在实验误差允许的范围，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律抓纲扣本抓纲扣本落实基础落实
2、基础【实验器材】【实验器材】铁架台铁架台(含铁夹含铁夹)，打点，打点计时器，学生电源，纸带，计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物重物(带纸带夹带纸带夹)【实验过程实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1安装置：按图实安装置：按图实2所示将检查、调整好的打所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路上，接好电路2打纸带：打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另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，用手提着纸带使重物静止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
3、通电源，后松开纸带，让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重物带着纸带自由下落更换纸带重复做更换纸带重复做3次次5次实验次实验【误差分析】【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本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力阻力(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稍小于重力势能的减少量稍小于重力势能的减少量Ep，即，即EkEp，这属于系，这属于系统误差改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻统误差改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力力2本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然
4、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方法是测下落距离时都从误差减小误差的方法是测下落距离时都从0点量起，一次点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值值例例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，某同的实验中，某同学利用图实学利用图实3甲中器材进行实验，正确地完成实验操作甲中器材进行实验，正确地完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示在实验数据后，得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示在实验数据处理中，某同学取处理中，某同学取A、B两点来验证实验，已知打点计时器两点来验证实验，已知打点
5、计时器每隔每隔0.02 s打一个点，图中测量结果记录在下面的表格中打一个点，图中测量结果记录在下面的表格中剖题探法剖题探法突破考点突破考点考点一考点一实验数据的处理及误差分析实验数据的处理及误差分析(1)观察纸带，可知连接重物的夹子应夹在纸带的观察纸带，可知连接重物的夹子应夹在纸带的_端端(选填选填“左左”或或“右右”)；(2)将表格中未填项目填写完整；将表格中未填项目填写完整；(3)若重物和夹子的总质量为若重物和夹子的总质量为0.6 kg，那么在，那么在AB运动过运动过程中，动能的增加量为程中，动能的增加量为_ J，重力势能的减少量为，重力势能的减少量为_ J.(4)实验中误差产生的原因有实
6、验中误差产生的原因有_ _(写出两个原因即可写出两个原因即可)项目项目x1/cmA点瞬时速点瞬时速度度/(ms1)x2/cmB点瞬时速点瞬时速度度/(ms1)A、B两点两点间距离间距离/cm数据数据3.920.9812.8049.00答案答案(1)左左(2)3.20(3)2.782.94(4)见解析见解析例例2(2013长春模拟长春模拟)某实验小组利用如图实某实验小组利用如图实4所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒守恒 考点二考点二创新设计实验创新设计实验(1)如图实如图实5所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度所示，用游标卡尺测得遮光
7、条的宽度d_ mm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间t1.2102 s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为则滑块经过光电门时的瞬时速度为_ m/s.在本次实在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、_和和_(文字说明并用相应的字母表示文字说明并用相应的字母表示)(2)本实验通过比较本实验通过比较_和和_在实验误差允在实验误差允许的范围内相等许的范围内相等(用测量的物理量符号表示用测量的物理量符号表示)，从而验证了系，从而验证了系统的机械能守恒统
8、的机械能守恒解题感悟解题感悟本实验为一验证性实验要求根据要验本实验为一验证性实验要求根据要验证的物理规律设计实验过程、选择需要测定的物理量，这证的物理规律设计实验过程、选择需要测定的物理量，这也是实验创新的根本所在但也是实验创新的根本所在但“万变不离其宗万变不离其宗”，科学、合，科学、合理地计算出过程动能和势能的变化量再进行比较，是实验理地计算出过程动能和势能的变化量再进行比较，是实验的是终目的的是终目的 1(2013太原调研太原调研)一位同学做一位同学做“用自由落体运动验证用自由落体运动验证机械能守恒定律机械能守恒定律”的实验的实验(1)现有下列器材可供选择：铁架台、电磁打点计时器现有下列器
9、材可供选择：铁架台、电磁打点计时器及复写纸、纸带若干、及复写纸、纸带若干、46 V低压交流电源、天平、秒表、低压交流电源、天平、秒表、导 线、电 键、重 锤 其 中 不 必 要 的 器 材 是：导 线、电 键、重 锤 其 中 不 必 要 的 器 材 是：_；缺少的器材是；缺少的器材是_达标训练达标训练技能过关技能过关(2)根据纸带算出相关各点的速度根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落的距离，量出下落的距离h，以以v2/2为纵轴，以为纵轴，以h为横轴画出的图线应是图实为横轴画出的图线应是图实6中的中的_答案答案(1)天平、秒表毫米刻度尺天平、秒表毫米刻度尺(2)C2(2012南宁统考南宁统考)
10、某同学利用如图实某同学利用如图实7甲所示的甲所示的实验装置验证机械能守恒定律该同学经正确操作得到打实验装置验证机械能守恒定律该同学经正确操作得到打点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次为为1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点到第一个打点的距，测量各计数点到第一个打点的距离离h，并正确求出打相应点时的速度，并正确求出打相应点时的速度v.各计数点对应的数据各计数点对应的数据见下表见下表(1)请在图实请在图实7乙所示坐标中，描点作出乙所示坐标中，描点作出v2h图线；图线；由图线可知，重锤下落的加速度由图线可知，重锤下落的加速度g_ m
11、/s2(保留三保留三位有效数字位有效数字)；(2)若当地的重力加速度若当地的重力加速度g9.80 m/s2，根据作出的图，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锤机械能守恒的依据是线，能粗略验证自由下落的重锤机械能守恒的依据是_答案答案(1)如图所示如图所示9.75(9.699.79均可均可)(2)g与与g基本相等基本相等 3(2013湖南十二校联考湖南十二校联考)某同学某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律频闪仪每隔能守恒定律频闪仪每隔0.05 s闪光一闪光一次，图实次，图实8中所标数据为实际距离，中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻
12、的速度如该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表下表(当地重力加速度取当地重力加速度取9.8 m/s2，小球，小球质量质量m0.2 kg，结果保留三位有效数，结果保留三位有效数字字)：时刻时刻t2t3t4t5速度速度(m/s)5.595.084.58(1)由频闪照片上的数据计算由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度时刻小球的速度v5_m/s.(2)从从t2到到t5时间内，重力势能增加量时间内，重力势能增加量Ep_J，动能减少量动能减少量Ek_J.(3)在误差允许的范围内，若在误差允许的范围内，若Ep与与Ek近似相等，从近似相等，从而 验 证 了 机 械 能 守 恒 定 律 由 上 述 计 算
13、得而 验 证 了 机 械 能 守 恒 定 律 由 上 述 计 算 得Ep_Ek(选填选填“”“”或或“”)，造成这种结果的，造成这种结果的主要原因是主要原因是_答案答案(1)4.08(2)1.421.46 (3)原因见解析原因见解析 4用如图实用如图实9所示的实所示的实验装置验证机械能守恒定律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，有输验所用的电源为学生电源，有输出电压为出电压为6 V的交流电和直流电两的交流电和直流电两种重物从高处由静止开始下落，种重物从高处由静止开始下落，重物拖着的纸带上有打出的一系重物拖着的纸带上有打出的一系列点，对纸带上的点痕进行测量，列点，对纸带上的点痕进
14、行测量，即可验证机械能守恒定律即可验证机械能守恒定律(1)下面列举了该实验的几个下面列举了该实验的几个操作步骤：操作步骤：A按照图实按照图实9所示的装所示的装置安装器件；置安装器件；B将打点计时器接到电源的将打点计时器接到电源的“直流输出直流输出”上；上；C用天平测出重物的质量；用天平测出重物的质量；D先释放纸带，后接通电源；先释放纸带，后接通电源；E测量纸带上某些点间的距离；测量纸带上某些点间的距离；F根据测量的结果计算重物下落过程减少的重力势根据测量的结果计算重物下落过程减少的重力势能是否等于增加的动能能是否等于增加的动能其中没有必要进行的步骤是其中没有必要进行的步骤是_，操作不当的步，操
15、作不当的步骤是骤是_(2)利用这个装置也可以测量重物下落的加速度利用这个装置也可以测量重物下落的加速度a的数的数值根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点值根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图实，测出各点之间的距离如图实10所示使用所示使用交流电的频率为交流电的频率为f，则计算重物下落的加速度的表达式，则计算重物下落的加速度的表达式a_.(用用x1、x2、x3、x4及及f表示表示)(3)在验证机械能守恒定律的实验中发现，重物减小的在验证机械能守恒定律的实验中发现，重物减小的重力势能总是大于重物增加的动能，其主要原因是重物和重力势能总是大于重物增加的
16、动能，其主要原因是重物和纸带下落过程中存在阻力作用，可以通过该实验装置测阻纸带下落过程中存在阻力作用，可以通过该实验装置测阻力的大小若已知当地重力加速度为力的大小若已知当地重力加速度为g，还需要测量的物理，还需要测量的物理量是量是_试用这些物理量和纸带上的数据符号表示试用这些物理量和纸带上的数据符号表示重物和纸带在下落的过程中受到的平均阻力大小重物和纸带在下落的过程中受到的平均阻力大小Ff_.解析解析(1)步骤步骤B是错误的，应该接到电源的是错误的，应该接到电源的“交流输交流输出出”端；步骤端；步骤C不必要，因为根据测量原理，重物的动能和不必要，因为根据测量原理，重物的动能和势能中都包含了质量
17、势能中都包含了质量m，可以约去；步骤，可以约去；步骤D是错误的，应该是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带先接通电源，待打点稳定后再释放纸带5(2013苏北四星级高中联考苏北四星级高中联考)用如图实用如图实11所示装置验证所示装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒组成的系统机械能守恒m2从高处由从高处由静止开始下落，静止开始下落，m1上拖着的纸带打出上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律图实量，即可验证机械能守恒定律图实12给出的是实验中获取的一条纸给出的是实验中获取的一条纸带：带：0是打下的第一个点，每相邻两计是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有数点间还有4个点个点(图中未标出图中未标出)，计数，计数点间的距离如图所示已知点间的距离如图所示已知m150 g、m2150 g(g取取9.8 m/s2，所有结果均保，所有结果均保留三位有效数字留三位有效数字)(1)在纸带上打下计数点在纸带上打下计数点5时的速度时的速度v5_m/s；(2)在打点在打点05过程中系统动能的增量过程中系统动能的增量Ek_J，系统势能的减少量系统势能的减少量Ep_J；答案答案(1)2.40(2)0.5760.588(3)9.70
