實(shí)驗(yàn)六：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

1、實(shí)驗(yàn)六：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證機(jī)械能守恒定律故只需借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，通過紙帶測(cè)出重物某時(shí)刻的下落高度h 和該時(shí)刻的瞬時(shí)速度 v，即可驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒測(cè)定第 n 點(diǎn)的瞬時(shí)速度的方法：測(cè)出第 n 點(diǎn)相鄰的前、后圖 S613實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、重錘(帶紙帶夾子)、紙帶若干、復(fù)寫紙片、導(dǎo)線、直尺和學(xué)生電源4實(shí)驗(yàn)步驟圖 S62(1)按圖 S62 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生電源連接好(2)把紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過計(jì)時(shí)器限位孔，用手豎直提起紙帶使重錘停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近.(3)先接通電源，然后松手讓重錘帶著紙帶自由下落(4)重復(fù)幾次

2、，得到 35 條打好點(diǎn)的紙帶(5)在打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，在起點(diǎn)標(biāo)上 O，以后各點(diǎn)依次標(biāo)上 1、2、3、4、用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)的下落高度 h1、h2、h3、h4、行比較5注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝兩紙帶限位孔必須在同一豎直線上，以減小摩擦阻力(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作正常后才松手讓重錘下落(3)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須接交流電源(4)重錘應(yīng)選質(zhì)量較大的，從而使重力遠(yuǎn)大于下落過程中所受的阻力，減小實(shí)驗(yàn)誤差(5)選用紙帶時(shí)應(yīng)盡量挑第一、二點(diǎn)間距離接近 2 mm 的紙帶(6)計(jì)算下落高度時(shí)，都必須從起始點(diǎn)算起，不能搞錯(cuò)為了減小測(cè)量 h 的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要

3、離起始點(diǎn)遠(yuǎn)一些，但紙帶也不宜過長(zhǎng)，有效長(zhǎng)度可在 6080 cm 內(nèi)(7)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)要求第一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)重錘開始下落的時(shí)刻，這就要盡量使該點(diǎn)是清晰小點(diǎn)，為此提起紙帶的手要保持不動(dòng)，待接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再松開紙帶【跟蹤訓(xùn)練】1(2010 年新課標(biāo)卷)圖 S63 為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖現(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、天平回答下列問題：AD(1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器材有_(填入正確選項(xiàng)前的字母)A米尺B秒表C012 V 的直流電源 D012 V 的交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有_(寫出兩個(gè)原因)圖 S63紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之

4、間有摩擦；用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差2(2010 年廣州二模)用如圖 S64 所示的裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為 T，重錘的質(zhì)量為 m，重力加速度為 g.圖 S64(1)完成下面部分實(shí)驗(yàn)步驟的相關(guān)內(nèi)容：A按圖示的裝置安裝器件B 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到_( 填“直流”或“交流” )電源上C先_，再_，讓重錘拖著紙帶從高處自由下落D(2)圖 S65 是實(shí)驗(yàn)打出的紙帶， O 是速度為零的點(diǎn)，A、B、C 是從合適位置選取的三個(gè)連續(xù)點(diǎn)(其他點(diǎn)未畫出)，量得d1、d2、d3 . 取圖中 O 和_(填“A”、“B”或“C”)點(diǎn)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律比較簡(jiǎn)捷方便，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下該點(diǎn)

5、時(shí)重錘的動(dòng)能 Ek_.圖 S65解析：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接低壓交流電源打點(diǎn)計(jì)時(shí)器剛接通電源時(shí)打點(diǎn)還不穩(wěn)定，所以操作時(shí)，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源再釋放紙帶從圖上數(shù)據(jù)來看 B 點(diǎn)的瞬時(shí)速度可求，所以取OB答案：(1)交流接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源釋放紙帶題型 1 實(shí)驗(yàn)原理和操作【例 1】關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)，下面列出一些實(shí)驗(yàn)步驟：A用天平稱出重物和夾子的質(zhì)量B將重物系在夾子上C將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，上端用手提著，下端夾在系有重物的夾子上，再把紙帶向上拉，讓夾子靜止靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處D把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在學(xué)生電源的交流輸出端，把輸出電壓調(diào)至 6 V(電源暫不接通)E把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用鐵夾固定到放在桌邊的鐵架臺(tái)上，

6、使兩個(gè)限位孔在同一豎直線上F在紙帶上選取幾個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)G用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間H接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后釋放紙帶I切斷電源J更換紙帶，重新進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)K在三條紙帶中選出較好的一條L進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告M拆下導(dǎo)線，整理器材對(duì)于本實(shí)驗(yàn)的以上步驟中，不必要的有_；正確步驟的合理順序是_(填寫代表字母)備考策略：高考中也經(jīng)常出現(xiàn)對(duì)該實(shí)驗(yàn)的基本原理和步驟的考查，熟悉本實(shí)驗(yàn)的原理和操作步驟是解題的關(guān)鍵這里要注意的是，實(shí)驗(yàn)中不能將物體下落的加速度當(dāng)做本地加速度AGEDBCHIJMKFL【觸類旁通】1(2012 年廣東六校聯(lián)考)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的敘述

7、中，正確的有()A打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝時(shí)要使兩限位孔位于同一豎直線上并安裝穩(wěn)定，以減小紙帶下落過程中的阻力B需用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量C打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用四節(jié)干電池串聯(lián)而成的電池組作為電源D用手豎直提起紙帶，先閉合打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源開關(guān)，然后釋放重錘AD_同學(xué)的計(jì)算方法更符合實(shí)驗(yàn)要求重力加速度 g 的數(shù)值，甲同學(xué)用 9.8 m/s2 代入，乙同學(xué)用通過對(duì)紙帶分析計(jì)算出重錘下落的實(shí)際加速度代入，丙同學(xué)用當(dāng)?shù)氐膶?shí)際重力加速度代入，其中_同學(xué)的做法是正確的丙乙題型 2 紙帶數(shù)據(jù)的處理和誤差分析【例 2】(2010 年湛江二模)在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量 m1.00 kg 的重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

8、在紙帶上打出一系列點(diǎn)如圖 S66 所示為選取的一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶，O 為第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C 為從合適位置開始選取的三個(gè)連續(xù)點(diǎn)(其他點(diǎn)未畫出)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔 0.02 s打一次點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?g9.80 m/s2.那么：(1)紙帶的_(填“左”或“右”)端與重物相連(2)根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)，應(yīng)取圖中 O 點(diǎn)和_點(diǎn)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(3)從 O 點(diǎn)到所取點(diǎn)，重物重力勢(shì)能減少量Ep_ J動(dòng)能增加量Ek_ J(結(jié)果取三位有效數(shù)字)(4)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是_圖 S66解析：(1)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律是利用自由落體運(yùn)動(dòng)，紙帶做勻加速運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)間距離越來越大，所以重物在紙帶的左端(2)從圖上數(shù)據(jù)來看

9、 B 點(diǎn)的瞬時(shí)速度可求，所以取 OB 段來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(4)從數(shù)據(jù)看EpEk，所以實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒答案：(1)左(2)B(3)1.881.84(4)在誤差允許的范圍內(nèi)機(jī)械能守恒(3)EpmghOB19.8019.20102J1.88 J，Ek12mv2B，而 vBhOChOA2T，代入數(shù)據(jù)得Ek1.84 J.規(guī)律總結(jié)：打點(diǎn)紙帶數(shù)據(jù)處理：(1)時(shí)間計(jì)算打點(diǎn)周期等于所接交流電的周期，即 T1f，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間要看兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間有幾個(gè)時(shí)間間隔，即 tnT.例如：每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，交流電的頻率為 50 Hz，則 T150s0.02 s，t5T0.10 s.(2)速度計(jì)算

10、平均速度計(jì)算：vxt；紙帶做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，中間點(diǎn)瞬時(shí)速度的計(jì)算：vvxt. 如例題中 B 點(diǎn)速度的求法(3)加速度計(jì)算axT2，或者通過 vt 圖象求加速度備考策略：這里處理數(shù)據(jù)，要求掌握求瞬時(shí)速度的方法，即等于該點(diǎn)(是這一段的中點(diǎn)時(shí)刻)所在這一段的平均速度對(duì)于產(chǎn)生誤差，要知道最主要的原因是“紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦”造成的【觸類旁通】2(2012 年廣州調(diào)研)用如圖 S67 所示的裝置“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”D(1)下列物理量需要測(cè)量的是_，通過計(jì)算得到的是_(填寫代號(hào))A重錘質(zhì)量B重力加速度C重錘下落的高度D與下落高度對(duì)應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度圖 S67C圖 S68(2)設(shè)重錘質(zhì)量為 m，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為 T，重力加速度為 g.圖 S68 是實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，A、B、C、D