201x高中物理 7-9 实验 验证机械能守恒定律同步 新人教版必修

1、第九节实验：验证机械能守恒定律第九节实验：验证机械能守恒定律 一、实验目的一、实验目的验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律二、实验原理二、实验原理通过实验，求做自由落体运动物体的重力势能的减少量通过实验，求做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量若二者相等，说明机械能守恒，和相应过程动能的增加量若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律从而验证机械能守恒定律三、实验器材三、实验器材打点计时器及电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带打点计时器及电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线有铁夹的铁架台、导线四、实验步骤四、实验步骤1安装：将打点计时器固定在铁架

2、台上；用导线将打点安装：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与低压交流电源相连接计时器与低压交流电源相连接2接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落重复几次，打下带，让重物自由下落重复几次，打下35条纸带条纸带3选纸带：选取点迹较为清晰的挑选纸带上第一个点选纸带：选取点迹较为清晰的挑选纸带上第一个点及距离第一个点较

3、远的点，并依次标上及距离第一个点较远的点，并依次标上0,1,2,34数据测量：测出数据测量：测出0到点到点1、点、点2、点、点3的距离，即为的距离，即为对应的下落高度对应的下落高度h1、h2、h3六、注意事项六、注意事项1安装打点计时器时，必须使两个限位孔在同一竖直线安装打点计时器时，必须使两个限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力上，以减小摩擦阻力2应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小小3实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动接通电源实验时

4、必须保持提起的纸带竖直，手不动接通电源后，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是后，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点一个清晰的点七、误差分析七、误差分析1本实验的误差主要来自于空气阻力及纸带和计时器限本实验的误差主要来自于空气阻力及纸带和计时器限位孔之间的摩擦故重力势能的减少量应等于动能增加量和位孔之间的摩擦故重力势能的减少量应等于动能增加量和克服阻力做功之和所以动能的增加量应略小于重力势能的克服阻力做功之和所以动能的增加量应略小于重力势能的减少量减少量2偶然误差偶然误差测量长度时会带来误差，减小误差的办法是：测量长度时会带来误差，减小误差的办法是：(1)

5、测距离时都应从打第一个点测距离时都应从打第一个点O点量起点量起(2)多测几次取平均值多测几次取平均值3系统误差系统误差实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计主要是打点计时器的阻力时器的阻力)做功，故动能的增加量做功，故动能的增加量Ek必定稍小于重力势能必定稍小于重力势能的减少量的减少量Ep.在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，有下列的实验中，有下列A至至F六个步骤：六个步骤：A将打点计时器竖直固定在铁架台上将打点计时器竖直固定在铁架台上B接通电源，再松开纸带，让重锤自由下落接通电源，再松开纸带，让重锤自由下落C取下纸带，更换纸带

6、取下纸带，更换纸带(或将纸带翻个面或将纸带翻个面)，重新做实验，重新做实验答案：答案：(1)ADBCEF(2)BCD【针对训练】【针对训练】A把打点计时器固定在铁架上，并且用导线将打点计把打点计时器固定在铁架上，并且用导线将打点计时器接在低压交流电源上时器接在低压交流电源上B将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提着纸带，让将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提着纸带，让重物尽量靠近打点计时器重物尽量靠近打点计时器C松开纸带，接通电源松开纸带，接通电源D更换纸带，重复几次，选用点迹清晰且第更换纸带，重复几次，选用点迹清晰且第1、2两点两点间距为间距为2 mm的纸带的纸带E用天平称出物体的质量，利用用天平

7、称出物体的质量，利用mghmv2/2验证机械验证机械能守恒定律能守恒定律在上述实验步骤中错误的是在上述实验步骤中错误的是_；多余的是；多余的是_答案：答案：CE在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，已知打的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度，查得当地的重力加速度g9.80 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图所示，图中时各计数点对应刻度尺上的读数如图所示，图中O点是打点点是打点计时器打出的第一个点，计时器打出的第一个点，A、B、C、

8、D分别是每打两个点取分别是每打两个点取出的计数点根据以上数据，可知重物出的计数点根据以上数据，可知重物(质量为质量为m)由由O点运动点运动到到B点时：点时：(1)重力势能的减少量为重力势能的减少量为_；(2)动能的增加量为动能的增加量为_；(3)根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？因是什么？(3)从从(1)、(2)中计算的数据得出在实验误差允许的范围内中计算的数据得出在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其动能的增加，机械能守恒重物减少的重力势能等于其动能的增加，机械能守恒重物减少的重力势能略大于其增加的动能，原因是重物重

9、物减少的重力势能略大于其增加的动能，原因是重物在下落时要受到阻力作用在下落时要受到阻力作用(打点计时器对纸带的摩擦力、空气打点计时器对纸带的摩擦力、空气阻力阻力)，克服阻力做功，克服阻力做功答案：答案：mm(3)见解析见解析【题后总结】【题后总结】(1)动能增量略小于势能减少量，属于系统动能增量略小于势能减少量，属于系统误差误差(2)注意处理数据时的单位换算注意处理数据时的单位换算【针对训练】【针对训练】“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，已知的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为打点计时器所用电源的频率为50 Hz，取当地的重力加速度，取当地的重力加速度g9.8 m/s2，测

10、得所用的重物的质量为，测得所用的重物的质量为1.00 kg.实验中得到一条实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的，另选连续的4个点个点A、B、C、D作为测量的点经测量知道作为测量的点经测量知道A、B、C、D各点到各点到O 的距离分别为的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.根据根据以上数据，可知重物由以上数据，可知重物由O点运动到点运动到C点，重力势能的减少量等点，重力势能的减少量等于于_J，动能的增加量等于，动能的增加量等于_J(取取3位有效数字位有效数字)答案：答案：1在在“验证机械能守恒定律验证

11、机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中的实验中，下列物理量中需要用工具直接测量的和通过计算得到的有需要用工具直接测量的和通过计算得到的有()A重锤的质量重锤的质量B重力加速度重力加速度C重锤下落的高度重锤下落的高度D与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度答案：答案：CD2如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选中的一条纸带，我们选中N点来验证机械能守恒定律下面举点来验证机械能守恒定律下面举出一些计算打出一些计算打N点时纸带下落速度的方法，其中正确的是点时纸带下落速度的方法，其中正确的是(T是打点周期

12、是打点周期)()答案：答案：C答案：答案：A4用落体法验证机械能守恒定律中用落体法验证机械能守恒定律中(1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为从下列器材中选出实验所必需的，其编号为_A打点计时器打点计时器(包括纸带包括纸带)B重锤重锤C天平天平 D毫米刻度尺毫米刻度尺E秒表秒表 F运动小车运动小车(2)打点计时器的安装放置要求为打点计时器的安装放置要求为_ _；开始打点计时的时候，应先开始打点计时的时候，应先_，然后，然后_答案：答案：(1)ABD(2)使两个限位孔的中线严格竖直先接通电源释放纸使两个限位孔的中线严格竖直先接通电源释放纸带带(3)点迹清晰点间距合适点迹清晰点间距合适(4)纸

13、带通过打点计时器时的阻力和重锤所受的空气阻力纸带通过打点计时器时的阻力和重锤所受的空气阻力小于它所减少的重力势能应选体积小、密度大的重锤小于它所减少的重力势能应选体积小、密度大的重锤(5)一条过原点的倾斜直线重力加速度一条过原点的倾斜直线重力加速度5.某个小组的三位同学按照正确的操作选得纸带如某个小组的三位同学按照正确的操作选得纸带如图其中图其中O是起始点，是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的是打点计时器连续打下的3个个点该同学用毫米刻度尺测量点该同学用毫米刻度尺测量O到到A、B、C各点的距离，用各点的距离，用重锤在重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速段的运动来验证机械

14、能守恒，已知当地的重力加速度度g9.80 m/s2，打点计时器所用电源频率为，打点计时器所用电源频率为f50 Hz，设重，设重锤质量为锤质量为1.00 kg.(3)丙同学用丙同学用AC段的平均速度作为跟段的平均速度作为跟B点对应的重锤的瞬点对应的重锤的瞬时速度，若时速度，若hA9.51 cm，hB12.42 cm，hc15.70 cm，则丙，则丙同学算得该段重锤重力势能的减少量为同学算得该段重锤重力势能的减少量为_J(计算结果计算结果保留三位有效数字，下同保留三位有效数字，下同)，而动能的增加量为，而动能的增加量为_J，这样得到的结果是重力势能的减少量这样得到的结果是重力势能的减少量_动能的增

15、加量动能的增加量(选填选填“大于大于”、“小于小于”或或“等于等于”)(4)若你是指导老师，你认为三个同学的数据处理方法中若你是指导老师，你认为三个同学的数据处理方法中较合理的是较合理的是_(选填选填“甲甲”、“乙乙”或或“丙丙”，此空，此空为不定项选择为不定项选择)解析：解析：甲同学用甲同学用vBngT求得的速度求得的速度vB为理论值，但由为理论值，但由于实验中存在阻力，重锤实际下落的高度比理论上在于实验中存在阻力，重锤实际下落的高度比理论上在nT时间时间内下落的小，故造成重力势能的减少小于动能的增加内下落的小，故造成重力势能的减少小于动能的增加乙同学用机械能守恒规律验证机械能守恒，故得到的

16、重乙同学用机械能守恒规律验证机械能守恒，故得到的重力势能的减少等于动能的增加力势能的减少等于动能的增加答案：答案：(1)小于小于(2)等于等于(3)1.221.20大于大于(4)丙丙6在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所的实验中，打点计时器所用电源频率为用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得，测得所用重物的质量为所用重物的质量为1.00 kg.若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示到第一个点的距离如图所示(相邻计数点时间间隔为相邻计数点时间间隔为0.02 s)，那么，那么(1)纸带的纸带的_端与重物相连端与重物相连(2)打点计时器打下计数点打点计时器打下计数点B时，重物的速度时，