1、1验证机械能守恒定律 2 课时主备人：夏意兰 审核人：高三物理备课组一、实验目的验证机械能守恒定律二、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，动能的增加量为 mv2，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12守恒定律2计算打第 n 个点时速度的方法：测出第 n 个点与相邻前后点间的距离 xn和 xn1 ，由公式 vn 或 vn 算出，如图 1 所示xn xn 12T hn 1 hn 12T三、实验器材铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写
2、纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)四、实验步骤1按图 2 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2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更换纸带重复做 35 次实验3选纸带：分两种情况说明(1)应选点迹清晰，且 1、2 两点间距离小于或接近 2 mm 的纸带若 1、2两点间的距离大于 2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的这样，第 1 个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选(2)用 mvB2 mvA2mgh 验证时，由于重力势能的相对性，处
3、理纸带时，选择适当12 12的点为基准点，这样纸带上打出的第 1、2 两点间的距离是否为 2 mm 就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用2打点计时器 纸带夹子重物4数据处理：在起始点标上 0，在以后各点依次标上 1、2、3用刻度尺测出对应下落高度 h1、 h2、h 3利用公式 vn 计算出点 1、点 2、点 3的瞬时速度 v1、v 2、v 3hn 1 hn 12T5验证方法一：利用起始点和第 n 点计算代入 ghn和 vn2，如果在实验误差允许的条件下12ghn vn2，则机械能守恒定律是正确的12方法二：任取两点计算(1)任取两点 A、B 测出 hAB，算出 ghAB.(2)算出 v
4、B2 vA2 的值12 12(3)若在实验误差允许的条件下 ghAB vB2 vA2，则机械能守恒定律是正确的12 12方法三：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度 h，并计算各点速度的平方 v2，然后以 v2 为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据给出 v2h 图12 12线若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为 g 的直线，则验证了机械能守恒五、注意事项1安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力2重物应选用质量大、体积小、密度大的材料3应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落4纸带长度应选用 60 cm 左右为宜，应
5、选用点迹清晰的纸带进行测量速度不能用 vxgt x或 vx 计算，因为只要认为加速度为 g，机械能当然守恒，2ghx即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用 vngt n计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算同样的道理，重物下落的高度 h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn gtn2 或 hn 计算得到12 vn22g3用如图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下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带的点痕进行测量，即
6、可验证机械能守恒定律。（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”上；3C用天平测出重锤的质量 ；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测量纸带上某些点间的距离；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。其中没有必要进行的或者操作不当的步骤，将其选项对应的 字母填在下面的空行内，并说明其原因。答： （写在答题卷上）（2）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度 a 的数值。如图所示，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 A 距起始点 O 的距离为 s0，点 A
7、C 间的距离为 s1，点 CE 间的距离为 s2，使用交流电的频率为 f，根据这些条件计算重锤 下落的加速度 a_。（3）在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加，其原因主要是因为在重锤下落的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公认的较准确的值为 g，还需要测量的物理量是_。试用这些物理量和纸带上的数据表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻 力大小 F_。3步骤 B 是错误的。应该接到电源的交流输出端。步骤 D 是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带。步骤 C 不必要，因为根据测量原理，重锤的动能和势能中都包含了质量
8、 m，可以约去。 重锤的质量 m ，4)(212fsa 4)(212fsg5(2010安徽理综21)利用图 1 所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度 v 和下落高度 h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案：图 1a用刻度尺测出物体下落的高度 h，并测出下落时间 t，通过 vgt 计算出瞬时速度 v.b用刻度尺测出物体下落的高度 h，并通过 v 计算出瞬时速度 v.2ghc根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均As2s1B C D Es0O4速度，测算出瞬时速度 v，并通过 h 计算出高度 h.
9、v22gd用刻度尺测出物体下落的高度 h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度 v.以上方案中只有一种正确，正确的是_ d_(填入相应的字母)7在验证机械能守恒定律的实验中，质量 m1 kg 的重锤自由下落，在纸带上打出了一 系列 的 点 ， 如 图 4 所 示 ， O 点 为 打 点 计 时 器 所 打 的 第 一 个 点 ， 相 邻 记 数 点 时 间 间 隔 为 0.02 s， 长度单位是 cm，g 取 9.8 m/s2.(结果均保留两位有效数字)求：图 4打点计时器打下记数点 B 时，物体的速度 vB_ _；从点 O 到打下记数点
10、 B 的过程中，物体重力势能的减小量 Ep_ _，动能的增加量 Ek_；根据题中提供的条件，可求出重锤实际下落的加速度 a_ _.即使在实验操作规范，数据测量及数据处理很准确的前提下，该实验测得的 Ep 也一定略大于 Ek，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因_40.97 m/s 0.49J 0.47 J 9.6 m/s 2 重锤和纸带都受到阻力的作用，因此机械能有损失8小张利用教材上“验证机械能守恒定律”的实验装置,将重物连接在穿过打点计时器限位孔的纸带上，让重物无初速度下落来研究重物的运动情况和测量当地的重力加速度直。他按正确的操作打下并选得纸带如图所示，其中 O
11、 是起始点，A 到 E 之间的各点是打点计时器连续打下的各个点。已知打点频率为 f，该同学测得 O 到 A、C、E 各点的距离分别为 d1,d2,d3打点计时器打 D 点时.重物的速度大小是_。测得的重力加速度大小是_。11、用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验，打点计时器的打点周期为 ，重T锤的质量为 ，重力加速度为 。mg完成下面部分实验步骤的有关内容A按图示的装置安装器件5B将打点计时器接到 (填“直流”或“交流”) 电源上。C先 ，再 ，让重锤拖着纸带从高处自由下落。如图是实验打出的纸带， 是速度为零的点， 、 、 为从合适位置选取的三个连OABC续点 (其他点未画出) ，量得此三点与 点的距离分别为 、 、1d2取图 18 中 和 (填“ ”、 “ ”或“ ”) 点来验证机3d械能守恒定律比较简捷方便，打点计时器打下该点时重锤的动能 kE。 （用已知的符号表示）B、如图所示，用一小钢球及下述装置测定弹簧被压缩时的弹性势能：光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP 是可绕 O 点转动的轻杆，该轻杆摆到某处就能停在该处，作为指示钢球位置的标杆.(1)还需要的器材是 、 .(2)该实验是间接测量弹簧的弹性势能，实际上是把对弹性势能的测量转化为对 的测量，进而转化为对 和 的直接测量。
