第五節(jié)驗證機械能守恒定律

第五節(jié)驗證機械能守恒定律1.機械能守恒定律

在只有重力做功的情形下，物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機械能的總量保持不變。2.機械能守恒是有條件的：只有重力做功。知識回憶一、實驗原理

在只有重力做功的運動過程中，只要能夠確定任意兩點的高度h(或高度差△h)和速度v，就可以驗證這個過程的機械能是否守恒。或二、實驗方案方案一利用打點計時器記錄勻變速直線運動的位置變化情況。鐵架臺（帶鐵夾）、電火花計時器或打點計時器、直尺、重錘、紙帶、復(fù)寫紙片、導(dǎo)線、電源。1、實驗器材2、實驗步驟(1)如圖所示，把打點計時器豎直地固定在置于桌邊的鐵架臺上，將打點計時器與電源連接好。(2)將紙帶穿過電火花計時器或打點計時器的限位孔，并把紙帶的一端固定在重物上，使重物?？吭诖螯c計時器的地方，先用手提著紙帶。(3)先接通電源，松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落，計時器就在紙帶上打下一列小點。電火花計時器紙帶夾子重物(4)重復(fù)幾次，得到3～5條紙帶。(5)在打好點的紙帶中挑選“點跡清楚且第一、二兩點間距離約為2mm”的一條紙帶，記下第一個點的位置O，并在紙帶上從任意點開始依次選取幾個連續(xù)的點1、2、3……，并用刻度尺依次測出各點到位置O的距離，這些距離就是物體運動到點1、2、3、……時下落的高度h1、h2、h3……。(6)應(yīng)用平均速度就是中間時刻的瞬時速度的方法

，計算出各點對應(yīng)的瞬時速度V1、V2、V3……。(7)把得到的數(shù)據(jù)填入表格里，計算各點對應(yīng)的勢能減少量mgh，以及增加的動能mV2/2，并比較是否跟理論一致。(1)安裝計時器時豎直架要穩(wěn)定，計時器的兩限位孔必須在同一豎直線上，以減少重物帶動紙帶下落過程受到的阻力。(2)實驗時必須先接通電源，然后松開紙帶讓重物下落。(3)測量下落高度時，必須從起始點算起。選取的各計數(shù)點要離起始點遠些，可減少物體下落距離h的測量誤差。紙帶不宜過長，約40㎝即可。因重物自由下落時的加速度較大，每兩個計數(shù)點間的時間間隔不一定取連打5個點的時間為計時單位。3、注意事項(4)實驗中因不需要知道動能和勢能的具體數(shù)值，故不需測物體的質(zhì)量m。(5)實際上重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，所以動能的增加量要小于勢能的減少量。(6)紙帶的上端最好不要懸空提著，要保證重物下落的初速度為零，并且紙帶上打出的第一個點是清晰的小點。(7)紙帶挑選的標準是第一、二兩點間的距離接近2mm。方案二利用氣墊導(dǎo)軌光電門記錄勻變速直線運動的位置變化情況。1、實驗裝置2、數(shù)據(jù)處理方案三利用頻閃照片記錄勻變速直線運動的位置變化情況。1、實驗器材頻閃照相機、小球、毫米刻度尺2、數(shù)據(jù)處理比例1:1

頻閃時間間隔T1.在《驗證機械能守恒定律》的實驗中，下列操作正確的是（）A.先釋放重物，后接通電源B.用秒表測量重物下落的時間C.打完一條紙帶后，立即切斷電源D.每打完一條紙帶，活動復(fù)寫紙的位置CD2.在用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中，(1)若用公式v=gt計算瞬時速度進行驗證，打點計時器所接交流的頻率為50Hz，甲、乙兩條實驗紙帶，應(yīng)選________________紙帶為好（圖）甲(2)若通過測量紙帶上某兩點間距離來計算瞬時速度進行驗證的話，設(shè)已測得點2到點4之間距離為S1，點0到點3之間距離為S2，打點周期為T，為驗證自重物開始下落到打點計時器打下點3這段時間內(nèi)機械能守恒，實驗結(jié)果應(yīng)滿足S1、S2、T之間的關(guān)系為_______________________．(3)重物選取的原則應(yīng)是_________________________S2=S12/(8gT2)重力遠遠大于阻力3.為了驗證物體在自由下落過程中機械能是守恒的，將m=0.5kg的重物系上一紙帶，并將紙帶穿過打點計時器，當重物自由下落時，得到如圖所示的記錄紙帶，已知打點周期T=0.02s（設(shè)當?shù)氐闹亓铀俣萭=9.9m/s2）①計算打A、B兩點時重物下落的速率VA=_________________，VB=_____________．②以A、B兩點為例，驗證機械能是否守恒?△Ek=_____________，mgh=_______________．結(jié)論_____________________________．1.5m/s2.1m/s0.54J0.53J在誤差允許范圍內(nèi)機械能守恒．4.斜面長100cm，高60cm，某同學(xué)以質(zhì)量為400g的小車沿斜面下滑來驗證機械能守恒定律，他從記錄小車運動的打點紙帶上選取了A、B、C、D四個計數(shù)點，已知每相鄰兩點間對應(yīng)的時間間隔為0.1s，A與B、B與C、C與D之間的距離分別為10cm、15cm、20cm，則小車由紙帶上對應(yīng)打B點時運動到打C點時，小車動能增加了_________________J，重力勢能減小__________________J．實際上此過程機械能并不守恒是由于_____________________，若減小斜面傾角，將使本實驗的誤差__________．（填“增大”、“減小”、“不變”）．增大

0.30.35摩擦力對小車做了功5.電磁打點計時器是一種計時裝置，請根據(jù)電磁打點計時器的相關(guān)實驗回答下列問題：（1）在驗證機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量m＝1kg的重錘自由下落，在紙帶上打出一系列的點，如圖所示，相鄰計數(shù)點的時間間隔為0.02s，長度單位cm，當?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2．那么：①紙帶的

端與重物相連（填“左”或“右”）．②從起點O到打下計數(shù)點B的過程中，重力勢能的減小量為ΔEP＝

J，物體動能的增加量ΔEK＝

J．（均取兩位有效數(shù)字）③通過計算，數(shù)值ΔEP與ΔEK并不相等，這是因為

．：OB3.074.806.91左解：mgh=9.8×4.8×10-2=0.47J0.47vB=(6.91-3.07)×10-2/0.04=0.96m/s1/2mvB2=

0.46J0.46下落過程中要克服阻力做功6、在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，讓重錘自由落下，根據(jù)打出的紙帶也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值，如圖所示是在打出的紙帶上選取的連續(xù)五個點A、B、C、D、E，測出A點距起點O的距離為s0，A、C兩點間的距離為s1，C、E兩點間的距離為s2，使用的交流電的頻率為f，則根據(jù)這些數(shù)值計算重錘下落的加速度a的表達式為a=

.在此實驗中發(fā)現(xiàn),重錘減小的重力勢能總是大于重錘增加的動能,其主要原因是重錘在下落過程中受到阻力的作用,如果要測定該阻力的大小,在知道重力加速度的準確值為g時,還需要測量的物理量是__________（寫出名稱和符號)。試用這些物理量和上面紙帶中的測量數(shù)據(jù)表示重錘在下落過程中受到的阻力大小為F=

.

.重錘質(zhì)量mABCDEs1s2s0O②①ABCD0.98cm1.42cm1.78cm字母表示),記錄C點時重錘的動能EKC=0.32mJ;重錘從B點到C點重力勢能變化量是

J,動能變化量是

J.從而可以得出結(jié)論：

.7.(1)在做“驗證機械能守恒定律”的實驗時，實驗小組A不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分損壞了,剩下的一部分紙帶上各點間的距離如圖所示的數(shù)值，已知打點計時器的周期為T=0.02s,重力加速度g=9.8m/s2;重錘的質(zhì)量為m,已知S1=0.98cm,S2=1.42cm,S3=1.78cm,則記錄B點時重錘的動能EKB=

J(寫計算式用0.142m0.14