實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度。 2.掌握利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理和方法。,mgh,mgh,三、實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、_、重錘(帶夾子)、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、_。,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,低壓交流電源,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.安裝置：按圖將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上，接好電路。,2.打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上；另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在_打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方。先_，后松開(kāi)紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復(fù)做35次實(shí)驗(yàn)。,靠近,接通電源,3.選紙帶：選取點(diǎn)跡較為清晰且開(kāi)始的兩點(diǎn)間距離約為_(kāi)的紙帶，把紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)作為起始點(diǎn)，記作O，在距離O點(diǎn)較遠(yuǎn)處再依次選出計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3 4.測(cè)距離：用刻度尺測(cè)出O點(diǎn)到1、2、3的距離，即為對(duì)應(yīng)下落的高度h1、h2、h3,2 mm,五、數(shù)據(jù)處理 1.計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度：記下第1個(gè)點(diǎn)的位置O，在紙帶上從離O點(diǎn)適當(dāng)距離開(kāi)始選取幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3并測(cè)量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h1、h2、h3再根據(jù)公式vn_，計(jì)算出1、2、3、4、n點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、v4vn。,原點(diǎn),g,六、誤差分析 1.在進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)，測(cè)量及讀數(shù)不準(zhǔn)造成誤差。 2.重物下落要克服阻力做功，部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成_，下落高度越大，機(jī)械能損失越多，所以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)械能依次略有減小的現(xiàn)象。 3.由于交流電的周期不穩(wěn)定，造成打點(diǎn)時(shí)間間隔變化而產(chǎn)生誤差。 七、注意事項(xiàng) 1.應(yīng)盡可能控制實(shí)驗(yàn)滿足機(jī)械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有： (1)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小_。 (2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較_的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)_，增大密度可以減小體積，使空氣阻力減小。,內(nèi)能,摩擦阻力,大,減小,實(shí)驗(yàn)原理與操作,試題案例 例1 如圖1為驗(yàn)證“機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖?，F(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平?；卮鹣铝袉?wèn)題：,圖1,(1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材外，還需要的器材有_。(填入正確選項(xiàng)前的字母) A.米尺B.秒表 C.012 V的直流電源D.012 V的交流電源 (2)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟： A.按照?qǐng)D示的裝置安裝器材 B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上 C.用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量 D.先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶 E.測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離 F.根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能 其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是_。,(3)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有_ _(寫(xiě)出兩個(gè)原因)。 (4)利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度a的數(shù)值。根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出各點(diǎn)之間的距離如圖2所示。使用交流電源的頻率為f，則計(jì)算重錘下落的加速度的表達(dá)式a_。(用x1、x2、x3、x4及f表示),圖2,解析(1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材外，還需要米尺、012 V的交流電源。 (2)其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要交流電源。 (3)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差；計(jì)算重力勢(shì)能變化時(shí)，選取初、末兩點(diǎn)距離過(guò)近；交流電源頻率不穩(wěn)定等。,答案(1)AD(2)B(3)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差；計(jì)算勢(shì)能變化時(shí)，選取初、末兩點(diǎn)距離過(guò)近；交流電源頻率不穩(wěn)定,針對(duì)訓(xùn)練1 (2018寧波高一檢測(cè))在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中： (1)下列物理量中需要用工具直接測(cè)量的有() A.重物的質(zhì)量 B.重力加速度 C.重物下落的高度 D.與重物下落高度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度,解析(1)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，只需要用刻度尺測(cè)量重物下落的高度，重物的質(zhì)量不用測(cè)量，重力加速度不需要測(cè)量，通過(guò)計(jì)算可以得到與重物下落高度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度。故選C。,答案(1)C(2)過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線重力加速度g,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理,試題案例 例2 (2018襄陽(yáng)高一檢測(cè))某同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，不慎將一條挑選出的紙帶的一部分損壞，損壞的是前端部分，剩下的一段紙帶上各相鄰點(diǎn)間的距離已測(cè)出標(biāo)在圖中，單位是cm。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2。,圖3,(1)重物在2點(diǎn)的速度v2_，在5點(diǎn)的速度v5_，此過(guò)程中動(dòng)能增加量Ek_，重力勢(shì)能減少量Ep_。由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論_ _。 (2)重物獲得的動(dòng)能往往_(填“大于”“小于”或“等于”)減少的重力勢(shì)能，實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是_。,(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)判斷下列圖像正確的是(其中Ek表示重物動(dòng)能的變化量，h表示物體下落的高度)(),(2)由于紙帶受到摩擦力作用，需克服摩擦力做功，所以獲得的動(dòng)能小于減少的重力勢(shì)能。 (3)重物機(jī)械能守恒，重物減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為增加的動(dòng)能，即Ekmgh，可見(jiàn)重物增加的動(dòng)能與下落的距離成正比，選項(xiàng)C正確。 答案(1)1.50 m/s2.075 m/s1.03m J1.06m J在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒 (2)小于紙帶受到摩擦力作用(3)C,針對(duì)訓(xùn)練2 某同學(xué)用圖4甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和40 Hz，打出紙帶的一部分如圖乙所示。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率f，需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他條件進(jìn)行推算。,圖4,(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖乙中給出的物理量可以寫(xiě)出：在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為_(kāi)，打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為_(kāi)，重物下落的加速度大小為_(kāi)。 (2)已測(cè)得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為_(kāi)Hz。,實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì),試題案例 例3 (2018青島高一檢測(cè))利用如圖5所示實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”。通過(guò)電磁鐵控制的小鐵球從A點(diǎn)自由下落，下落過(guò)程中小鐵球經(jīng)過(guò)光電門(mén)B時(shí)，毫秒計(jì)時(shí)器(圖中未畫(huà)出)記錄下小鐵球的擋光時(shí)間t。實(shí)驗(yàn)前調(diào)整光電門(mén)位置，使小球下落過(guò)程中，小鐵球球心垂直細(xì)激光束通過(guò)光電門(mén)，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。,圖5,(1)為了驗(yàn)證小鐵球下落過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，還需要測(cè)量的物理量是_。 A.A點(diǎn)距地面的高度H B.A、B之間的距離h C.小鐵球從A到B的下落時(shí)間tAB D.小鐵球的直徑d (2)小鐵球通過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度v_；要驗(yàn)證小鐵球下落過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，只需驗(yàn)證等式_是否成立即可(用實(shí)驗(yàn)中測(cè)得物理量的符號(hào)表示)。,解析(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，需要測(cè)量的是A點(diǎn)到光電門(mén)B的距離，故A錯(cuò)誤，B正確；利用小球通過(guò)光電門(mén)的平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度，不需要測(cè)量下落時(shí)間，故C錯(cuò)誤；利用小球通過(guò)光電門(mén)的平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度時(shí)，需要知道擋光物體的尺寸，因此需要測(cè)量小球的直徑，故D正確。,針對(duì)訓(xùn)練3 現(xiàn)利用如圖6所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30，1和2是固定在斜面上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門(mén)，與它們連接的光電計(jì)時(shí)器都沒(méi)有畫(huà)出。讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門(mén)1、2各自連接的光電計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為5.00102 s、2.00102 s。已知滑塊質(zhì)量為2.00 kg，滑塊沿斜面方向的長(zhǎng)度為5.00 cm，光電門(mén)1和2之間的距離為0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度為其平均速度。,圖6,(1)滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)1時(shí)的速度v1_ m/s，通過(guò)光電門(mén)2時(shí)的速度v2_ m/s。 (2)滑塊通過(guò)光電門(mén)1、2之間的動(dòng)能增加量為_(kāi)J，重力勢(shì)能的減少量為_(kāi)J。,答案(1)1.002.50(2)5.255.29,