實驗《驗證機械能守恒定律》.doc

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《驗證機械能守恒定律》學習材料 教學目的：驗證機械能守恒定律 實驗器材： 鐵架臺、鐵夾子、重錘、毫米刻度尺、紙帶、打點計時器（若選用電磁打點計時器，還需要低壓交流電源） 實驗原理： 在只有重力做功的自由落體運動中，重力勢能和動能相互轉化，轉化過程中機械能守恒，即重力勢能的減少量等于動能的增加量。若物體由靜止下落的高度h時，其速度為v，則有 在實驗過程中，測出重錘由靜止下落高度h時的速度v，算出gh是否等于，則可得出mgh是否等于，若在實驗誤差允許范圍內(nèi)二者相等，則機械能守恒定律得到驗證。 實驗步驟： 1、把打點計時器安裝在鐵架臺上，并連接到電源上。 2、把重錘用夾子固定在紙帶的一端，紙帶的另一端穿過計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重錘?？吭诖螯c計時器附近。 3、先接通電源，后松開紙袋帶，讓重錘帶著紙帶自由下落，打點計時器便在紙帶上打下一系列的點跡。 4、重復3次，得到3條打上點的紙帶。 5、從三條打上點的紙帶中挑選出點跡清晰且第一、二點間的距離接近2mm的紙帶。 6、在挑選出的紙帶中，記下第一個點的位置O，并在紙帶上離O點較遠的任意點開始，依次選取連續(xù)的幾個點，并依次標上1、2、3、4、5，分別測出1、2、3、4、5各點到O點的距離h1、h2、h3、h4、h5，并把記在下面表格中，這些距離分別是打下1、2、3、4、5個點時重錘下落的高度。 位置 gh 結論 1 2 3 4 5 7、利用勻變速直線運動在一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間內(nèi)中點時刻的速度的規(guī)律，應用公式（此處T=0.02s），分別算出2、3、4各點對應得速度、、。 8、計算2、3、4各點對應的和，并進行比較，從而得出與是否相等。 9、得出實驗結論。 注意事項： 1、鐵架臺上固定打點計時器的夾子不可伸出太長，以防鐵架臺翻倒。 2、打點計時器應夾緊在鐵架臺上，確保在實驗過程中不會晃動。計時器的兩個限位孔必須在同一豎直線上，以減少紙帶與限位孔間的摩擦阻力。 3、打點前紙帶必須平直，不要卷曲，紙帶上端要用手提著靜止，重錘應停靠在打點計時器附近。 4、實驗時先通電源，讓打點計時器穩(wěn)定后才松開紙帶 5、選用紙帶時應盡量挑選第一、二點的距離接近2mm的紙帶（因為自由落體運動的最初0.02s內(nèi)下落的距離） 6、選取得各個計數(shù)點1、2、3……離起始點應適當遠些，以減小測量下落高度h時的相對誤差。 7、實驗過程中不需要測重錘的質(zhì)量m 8、為減少阻力的影響，重物應選用密度大些的便于夾緊紙帶的物體。 誤差分析 (1)本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量ΔEk稍　　　重力勢能的減少量ΔEp ,即ΔEk＜ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差.改進的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力. (2)本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬偶然誤差.減小誤差的辦法是測下落距離時都從0點量起，一次將各打點對應的下落高度測量完.或者多次測量取平均值來減小誤差. (3)打點計時器產(chǎn)生的誤差 ①由于交流電周期的變化，引起打點時間間隔變化而產(chǎn)生誤差； ②讀數(shù)點選擇不好，振動片振動不均勻，紙帶放置方法不正確引起摩擦，均可造成實驗誤差. ★例：在驗證機械能守恒定律的實驗中，得到如下圖所示的一條紙帶，O點是紙帶上的第一個點，A、B、C、D是連續(xù)的四個點，A、B、C、D到O點的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。實驗過程所用電源頻率為50HZ，重錘質(zhì)量為1Kg，當?shù)刂亓铀俣萭=9.8 m/s2。 ①從記錄O點到記錄C點的過程中，重錘重力勢能減少了多少？動能增加了多少？（保留三位有效數(shù)字） ②由①可得到什么實驗結論？ 解：打點計時器的周期，從記錄O點到記錄C點，重錘的高度下降了h=OC=77.76cm=0.7776m，重力勢能減少量，打下C點時重錘的瞬時速度，記錄O點時重錘速度=0，從記錄O點到記錄C點重錘動能的增加量 總結：在實驗誤差允許范圍內(nèi)，=，故重錘在下落過程中機械能守恒。 實驗與練習： 1、 在以上例題中，從記錄B點到C點的過程中，重錘的重力勢能減少了多少？動能增加了多少？ 2、在驗證機械能守恒定律的實驗中 （1）研究對象是自由落體運動的重物，除下列器材：鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、重錘、夾子、導線外，還需要用下列器材＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ （2）挑選紙帶的原則是a、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ b、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ （3）做此實驗時，有同學按以下步驟進行 ①固定好打點計時器，將連有重物的紙帶穿過限位孔，用手提住紙帶，讓手盡量靠近打點計時器。 ②松開紙帶、接通電源，開始打點，并如此重復多次，得到幾條打上點的紙帶。 ③取下紙帶，挑選點跡清晰的紙帶，記下起始點O，在離O點較近處選取幾個連續(xù)的計時點，測出各點距O點的距離，即重物的下落高度。 ④計算記錄各點時重物的速度 ⑤用天平稱出物體的質(zhì)量 ⑥計算出與的值?？炊呤欠裣嗟取? 在以上步驟中，多余的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 錯誤的是（給予更正）a、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ b、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ c、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 3、如何從本實驗中推出重物下落過程中所受空氣阻力的大小？寫出相應公式。 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 4、在處理紙帶時，從起點O開始取1、2、3……幾個點，測出各點速度、、……和與O點的位移、、……，畫出圖像，如圖所示。由于紙帶下落過程中不可避免地會遇到阻力作用，它的圖像可能是A、B、C中的哪一條？為什么？ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿