驗證機械能守恒定律培訓(xùn)資料

1、驗證機械能守恒定律2速度的測量：做勻變速運動的紙帶上某點的瞬時速度等于速度的測量：做勻變速運動的紙帶上某點的瞬時速度等于相鄰兩點間的平均速度相鄰兩點間的平均速度vt 計算打第計算打第n個點瞬時速度的方個點瞬時速度的方法是：測出第法是：測出第n個點的相鄰前后兩段相等時間個點的相鄰前后兩段相等時間T內(nèi)下落的距離內(nèi)下落的距離xn和和xn1，由公式，由公式vn 或或vn 算出，如算出，如圖實圖實21所示所示圖實圖實21三、實驗器材三、實驗器材 鐵架臺鐵架臺(含鐵夾含鐵夾)，打點計時器，學(xué)生電源，紙帶，復(fù)，打點計時器，學(xué)生電源，紙帶，復(fù)寫紙，導(dǎo)線，毫米刻度尺，重物寫紙，導(dǎo)線，毫米刻度尺，重物(帶紙帶夾帶

2、紙帶夾)四、實驗步驟四、實驗步驟1器材安裝：器材安裝：如圖實如圖實22所示，將打點計時器固定在鐵架所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，用導(dǎo)線將打點計時器與低壓交流電源相連，此時電源開臺上，用導(dǎo)線將打點計時器與低壓交流電源相連，此時電源開關(guān)應(yīng)為斷開狀態(tài)關(guān)應(yīng)為斷開狀態(tài)圖實圖實222打紙帶：打紙帶：把紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過把紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重物?？吭诖虼螯c計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重物?？吭诖螯c計時器下方附近，應(yīng)先接通電源，待計時器打點穩(wěn)定后再點計時器下方附近，應(yīng)先接通電源，待計時器打點穩(wěn)定后再松開紙帶，讓重物

3、自由下落，打點松開紙帶，讓重物自由下落，打點 計時器就在紙帶上打出一計時器就在紙帶上打出一系列的點取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條系列的點取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條(3條條5條條)3選紙帶：選紙帶：分兩種情況說明分兩種情況說明 (1)應(yīng)選點跡清晰，且應(yīng)選點跡清晰，且1、2兩點間距離小于或接近兩點間距離小于或接近2 mm 的紙帶，若的紙帶，若1、2兩點間的距離大于兩點間的距離大于2 mm，這是由于先釋放紙，這是由于先釋放紙帶，后接通電源造成的這樣，第帶，后接通電源造成的這樣，第1個點就不是運動的起始點個點就不是運動的起始點了，這樣的紙帶不能選了，這樣的紙帶不能選(2)用用 mgh驗證時，由于重

4、力勢能的相驗證時，由于重力勢能的相對性，處理紙帶時，選擇適當(dāng)?shù)狞c為基準點，這樣紙帶對性，處理紙帶時，選擇適當(dāng)?shù)狞c為基準點，這樣紙帶上打出的第上打出的第1、2兩點間的距離是否為兩點間的距離是否為2 mm就無關(guān)緊要了，就無關(guān)緊要了，所以只要后面的點跡清晰就可選用所以只要后面的點跡清晰就可選用4求瞬時速度求瞬時速度 在第一個打點上標(biāo)出在第一個打點上標(biāo)出O，并從稍靠后的某一點開始，并從稍靠后的某一點開始， 依次標(biāo)出依次標(biāo)出1、2、3、4并量出各點到位置并量出各點到位置O的距離的距離h1、 h2、h3、h4.用公式用公式vn 計算出各點對計算出各點對 應(yīng)的瞬時速度應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v3、v4 .

5、.5守恒驗證守恒驗證 方法一方法一：利用起始點和第：利用起始點和第n點計算代入點計算代入ghn和如果在實驗和如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，誤差允許的范圍內(nèi)，ghn 則說明機械能守恒定律是正則說明機械能守恒定律是正確的確的 方方法二：法二：任取兩點計算任取兩點計算(1)任取兩點任取兩點A、B測出測出hAB，算出，算出ghAB.(2)算出算出 的值的值(3)如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，ghAB則說明機械能守恒定律是正確的則說明機械能守恒定律是正確的 方法三方法三：圖象法從紙帶上選取多個點，測量從第一點：圖象法從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度到其余各點的

6、下落高度h，并計算各點速度的平方，并計算各點速度的平方v2，然后以，然后以 v2為縱軸，以為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出 v2h圖線若圖線若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過原點且斜率為在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過原點且斜率為g的直線，的直線，則驗證了機械能守恒定律則驗證了機械能守恒定律五、注意事項五、注意事項1應(yīng)盡可能控制實驗條件，即應(yīng)滿足機械能守恒的條件，這就應(yīng)盡可能控制實驗條件，即應(yīng)滿足機械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有： (1)安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，安裝打點計時

7、器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，以減小摩擦阻力以減小摩擦阻力 (2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影 響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小2實驗中，提紙帶的手要保持不動，且保證紙帶豎直實驗中，提紙帶的手要保持不動，且保證紙帶豎直 接通電源后，等打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶接通電源后，等打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶3驗證機械能守恒時，可以不測出物體質(zhì)量，只要比較驗證機械能守恒時，可以不測出物體質(zhì)量，只要比較 和和ghn是否相等即可驗證機械能是否守恒是否相等即可

8、驗證機械能是否守恒4測量下落高度時，為了減小測量值測量下落高度時，為了減小測量值h的相對誤差，選取的相對誤差，選取 的各個計數(shù)點要離起始點遠一些，紙帶也不易過長，的各個計數(shù)點要離起始點遠一些，紙帶也不易過長， 有效長度可在有效長度可在60 cm80 cm之間之間5速度不能用速度不能用vngtn或或vn 計算，因為只要認為加計算，因為只要認為加 速度為速度為g，機械能當(dāng)然守恒，即相當(dāng)于用機械能守恒定，機械能當(dāng)然守恒，即相當(dāng)于用機械能守恒定 律驗證機械能守恒定律，況且用律驗證機械能守恒定律，況且用vngtn計算出的速度比計算出的速度比 實際值大，會得出機械能增加的錯誤結(jié)論，而因為摩擦實際值大，會得

9、出機械能增加的錯誤結(jié)論，而因為摩擦 阻力的影響，機械能應(yīng)該減小，所以速度應(yīng)從紙帶上直阻力的影響，機械能應(yīng)該減小，所以速度應(yīng)從紙帶上直 接測量計算同樣的道理，重物下落的高度接測量計算同樣的道理，重物下落的高度h，也只能，也只能 用刻度尺直接測量，而不能用用刻度尺直接測量，而不能用hn 或或hn 計算得到計算得到六、誤差分析六、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 (空氣阻空氣阻力、打點計時器阻力力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量做功，故動能的增加量Ek 稍小于重力勢能稍小于重力勢能的減少量的減少量Ep，即，即EkEp，這屬于

10、系統(tǒng)誤差改進的辦法是調(diào)整，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誤差的辦法是測下落距離時都從O點量起，一次將各打點對應(yīng)的點量起，一次將各打點對應(yīng)的下落高度測量完，或者多次測量取平均值下落高度測量完，或者多次測量取平均值3打點計時器產(chǎn)生的誤差打點計時器產(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；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)計數(shù)點選擇不好，振動片振動不均勻，紙帶放置

11、方法不正確引計數(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，造成實驗誤差起摩擦，造成實驗誤差七、實驗改進七、實驗改進 物體下落過程中通過某一位置時的速度可以用光電計物體下落過程中通過某一位置時的速度可以用光電計時器測出來，利用這種裝置驗證機械能守恒定律，能消除時器測出來，利用這種裝置驗證機械能守恒定律，能消除紙帶與限位孔的摩擦阻力帶來的系統(tǒng)誤差紙帶與限位孔的摩擦阻力帶來的系統(tǒng)誤差 在用自由落體運動驗證機械能守恒定律時，在用自由落體運動驗證機械能守恒定律時，某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖實某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖實23所示，其中所示，其中O點是起始點，點是起始點，A、B、

12、C是打點計時器連續(xù)打下的三個點，是打點計時器連續(xù)打下的三個點，該同學(xué)用毫米刻度尺測量該同學(xué)用毫米刻度尺測量O點到點到A、B、C各點的距離，并各點的距離，并記錄在圖中記錄在圖中(單位單位cm)已知打點計時器電源頻率為已知打點計時器電源頻率為50 Hz，重物質(zhì)量為重物質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，?dāng)?shù)刂亓铀俣萭9.80 m/s2.圖實圖實23 (1)這三組數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是這三組數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是_ (2)該同學(xué)用重物在該同學(xué)用重物在OB段的運動來驗證機械能守恒定律，段的運動來驗證機械能守恒定律，先先 計算出該段重物重力勢能的減小量為計算出該段重物重力勢能的減小量為_，接

13、著從，接著從打點計時器打下的第一個點打點計時器打下的第一個點O數(shù)起，數(shù)到圖中數(shù)起，數(shù)到圖中B點是打點計時點是打點計時器打下的第器打下的第9個點，他用個點，他用vBgt計算跟計算跟B點對應(yīng)的重物的瞬時點對應(yīng)的重物的瞬時速度，得到動能的增加量為速度，得到動能的增加量為_(均保留三位有效數(shù)均保留三位有效數(shù)字字)這樣他發(fā)現(xiàn)重力勢能的減小量這樣他發(fā)現(xiàn)重力勢能的減小量_(填填“大于大于”或或“小于小于”)動能的增加量，造成這一錯誤的原因是動能的增加量，造成這一錯誤的原因是_ 解題指導(dǎo)解題指導(dǎo) (1)從有效數(shù)字的位數(shù)上不難選出從有效數(shù)字的位數(shù)上不難選出15.7不不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求符合有效數(shù)字讀數(shù)要求 (

14、2)重力勢能的減少量重力勢能的減少量 EpmghOBm9.8012.421021.22m vBgt9.800.16 m/s1.568 m/s 動能的增加量動能的增加量Ek m1.56821.23mEkEp 造成這一現(xiàn)象的原因是計算重物速度時，認為重物下造成這一現(xiàn)象的原因是計算重物速度時，認為重物下落加速度為落加速度為g，而實際加速度小于，而實際加速度小于g，將重物的速度算大，將重物的速度算大了應(yīng)該用了應(yīng)該用AC段的平均速度算段的平均速度算vB (T0.02 s)答案答案 (1)15.7(2)見解題指導(dǎo)見解題指導(dǎo) 用如圖實用如圖實24所示的所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，實驗實驗裝置驗證機械能

15、守恒定律，實驗所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種重物從高的交流電和直流電兩種重物從高處由靜止開始落下，重物上拖著的紙?zhí)幱伸o止開始落下，重物上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點，帶通過打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點的痕跡進行測量，即可對紙帶上的點的痕跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律圖實圖實24 下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：下面列舉了該實驗的幾個操作步驟： A按照圖示的裝置安裝器材；按照圖示的裝置安裝器材； B將打點計時器接到電源的直流輸出端上；將打點計時器接到電源的直流輸出端上； C用天平測量出重錘的質(zhì)量

16、；用天平測量出重錘的質(zhì)量； D釋放懸掛重錘的紙帶，同時接通電源開關(guān)打出一釋放懸掛重錘的紙帶，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶；條紙帶； E測量打出的紙帶上某些點到起始點間的距離；測量打出的紙帶上某些點到起始點間的距離； F根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能勢能是否等于增加的動能 其中沒有必要進行的步驟是其中沒有必要進行的步驟是_，操作不當(dāng)?shù)牟?，操作不?dāng)?shù)牟襟E是驟是_ (2)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)的數(shù)值根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個點值根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上

17、的連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出各點之間的距離如圖實，測出各點之間的距離如圖實25所示使用所示使用交流電的頻率為交流電的頻率為f，則計算重錘下落的加速度的表達式，則計算重錘下落的加速度的表達式a_.(用用x1、x2、x3、x4及及f表示表示)圖實圖實25 (3)在驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的在驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘增加的動能，其主要原因是重錘和重力勢能總是大于重錘增加的動能，其主要原因是重錘和紙帶下落過程中存在阻力作用，可以通過該實驗裝置測阻紙帶下落過程中存在阻力作用，可以通過該實驗裝置測阻力的大小若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹榱Φ拇笮∪粢阎?/p>

18、當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，還需要測量的物理，還需要測量的物理量是量是_試用這些物理量和紙帶上的數(shù)據(jù)符號表示試用這些物理量和紙帶上的數(shù)據(jù)符號表示重錘和紙帶在下落的過程中受到的平均阻力大小重錘和紙帶在下落的過程中受到的平均阻力大小Ff_. 解題指導(dǎo)解題指導(dǎo) (1)本實驗驗證本實驗驗證 mv2mgh時沒必要測時沒必要測出重錘質(zhì)量打點計時器必須接低壓交流電源必須先接出重錘質(zhì)量打點計時器必須接低壓交流電源必須先接通電源，待打點計時器穩(wěn)定工作時再釋放紙帶通電源，待打點計時器穩(wěn)定工作時再釋放紙帶 (2)求加速度求加速度a時應(yīng)該用逐差法，時應(yīng)該用逐差法， (3)由由mgFfma可知，可知，F(xiàn)fm(ga)mg ，只要

19、再測出重錘的質(zhì)量，只要再測出重錘的質(zhì)量m即即可求出平均阻力可求出平均阻力Ff. 答案答案(1)CBD(2)(3)重錘質(zhì)量重錘質(zhì)量 (2008江蘇高考江蘇高考)某同某同學(xué)利用如圖實學(xué)利用如圖實26所示的實驗裝所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律弧形軌道置驗證機械能守恒定律弧形軌道末端水平，離地面的高度為末端水平，離地面的高度為H，將，將鋼球從軌道的不同高度鋼球從軌道的不同高度h處靜止釋處靜止釋放，鋼球的落點距軌道末端的水平放，鋼球的落點距軌道末端的水平距離為距離為x.圖實圖實26 (1)若軌道完全光滑，若軌道完全光滑，x2與與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足的理論關(guān)系應(yīng)滿足x2_(用用H、h表示表示) (2)該同學(xué)經(jīng)