_9实验：验证机械能守恒定律

1、9 实验：验证机械能守恒定律1 1. .会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度 。 2 2. .掌握验证机械能守恒定律的实验原理掌握验证机械能守恒定律的实验原理 。机械能守恒的各种情况机械能守恒的各种情况 在自由落体运动中，若物体下落高在自由落体运动中，若物体下落高度度h h 时的速度为时的速度为v ,v ,则则h hv v一、实验原理一、实验原理21mgh2mv实验原理实验原理思考：思考：如何测量物体的瞬时速度如何测量物体的瞬时速度? ?v v0 0t tv vA At tv vB Bv vC C 做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相做匀变

2、速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。邻两点间的平均速度。21(2 )(2 )2Axvtata2ACAxvvttBAvvatBACvv2t2t如图所示：测定第如图所示：测定第n n点的瞬时速度的方点的瞬时速度的方法是：测出第法是：测出第n n点的相邻前、后两段相点的相邻前、后两段相等时间等时间T T内下落的距离内下落的距离s sn n和和s sn+1n+1，Tssvnnn21 由公式由公式 ，或由，或由 算出。算出。 Tddvnnn211 Onsnsn+1dndn+1dn-1打点计时器、纸带、打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁尺、铁架台（带

3、铁夹）、学生电源等。夹）、学生电源等。夹子夹子打点计时器打点计时器纸带纸带重物重物？铁架台铁架台二、实验器材：二、实验器材：1.1.按如图装置把打点计时器安装在铁按如图装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。电源连接好。2.2.把纸带的一端在重锤上用夹子固定把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，竖直好，另一端穿过计时器限位孔，竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近，纸带上端用夹子夹住。近，纸带上端用夹子夹住。3.3.接通电源，松开纸带，让重锤自由接通电源，松开纸带，让重锤自由下落。下

4、落。4.4.重复几次，得到重复几次，得到3 35 5条打好点的纸带。条打好点的纸带。三、实验步骤三、实验步骤: :5.5.在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm2mm，且点迹清晰的一条纸带，在起始点标上，且点迹清晰的一条纸带，在起始点标上0 0，以后，以后各依次标上各依次标上1 1，2 2，33，用刻度尺测出对应下落高度，用刻度尺测出对应下落高度h h1 1、h h2 2、h h3 3Thhvnnn211 计算各点对应的瞬时速度计算各点对应的瞬时速度v v1 1、v v2 2、v v3 36 6应用公式应用公式7 7计算各点对应的势能减少

5、量计算各点对应的势能减少量mghmghn n和动能的增加量和动能的增加量 进行比较。进行比较。2n1mv2，实验步骤实验步骤1 1打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。竖直线上，以减小摩擦阻力。2 2选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近2mm2mm的纸的纸带。带。4 4因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重锤的质量。测量重锤的质量。3. 3. 实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常后

6、再松开纸带让重锤下落后再松开纸带让重锤下落四、注意事项四、注意事项: :五、误差分析：五、误差分析：（1 1）来自纸带与计时器间的摩擦。故计时器平面要竖）来自纸带与计时器间的摩擦。故计时器平面要竖直，纸带与计时器平面要平行，要采用电火花计时器。直，纸带与计时器平面要平行，要采用电火花计时器。（3 3）选计数点时，相邻计数点间的距离要尽可能拉得开）选计数点时，相邻计数点间的距离要尽可能拉得开些，使求得的速度误差小些。些，使求得的速度误差小些。（2 2）交流电的频率不稳定引起的误差。）交流电的频率不稳定引起的误差。思考思考1 1：为什么本实验不用测量物体的质量？为什么本实验不用测量物体的质量？mg

7、h =mv 212gh =v 212无需测量物体的质量无需测量物体的质量 如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。必须要知道物体的质量。 纸带上的第一个点为计时起点纸带上的第一个点为计时起点O O（起始点的速度应（起始点的速度应该为零，即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚该为零，即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚开始下落）。开始下落）。12x = = gt2 = = 9.80.022m 210-3m = = 2 mm12h起始点起始点思考思考2.2.为什么纸带上的前两个点间的距离应接近为什么纸带上的前两个点间的距离应接

8、近2mm2mm？思考思考3 3：可以回避起始点吗可以回避起始点吗? ?（即处理纸带时可以不用起始（即处理纸带时可以不用起始点吗）点吗）可以。可以。我们可以选取我们可以选取A A、B B两点，比较它们的机械能两点，比较它们的机械能E EA A和和E EB B。若以点。若以点B B为零势能点，则有：为零势能点，则有：E EkAkAmghmghE EkBkBhAB其他验证方法一：其他验证方法一：利用气垫导轨验证机械能守恒利用气垫导轨验证机械能守恒 1h2h11PEmgh 22PEmgh 11Lvt 22Lvt 21112KEmv 22212KEmv 其他验证方法二：其他验证方法二：利用频闪照片验证机

9、械能守恒利用频闪照片验证机械能守恒AB1h2h1s2s112svT 222svT 比例比例1:1 频闪时间间隔频闪时间间隔T21112KEmv 22212KEmv 11PEmgh 22PEmgh 1.1.为进行为进行“验证机械能守恒验证机械能守恒”实验，有下列器材可选实验，有下列器材可选用：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、秒表、低用：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、电键、天平，其中不必要的器材压直流电源、导线、电键、天平，其中不必要的器材是是_;_;缺少的器材缺少的器材是是 。秒表、天平、低压直流电源秒表、天平、低压直流电源低压交流电源、刻度尺、重物低压交流电源、

10、刻度尺、重物通过原点的直线通过原点的直线2.2.在验证机械能守恒定律时，如果以在验证机械能守恒定律时，如果以v v2 22 2为纵轴，以为纵轴，以h h为为横轴，根据实验数据绘出的图线应是横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。的数值。0hv 21 12 2g g3.“3.“验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律”及及“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”这两个实验，它们的共同之处是（这两个实验，它们的共同之处是（ ）A A都要用打点计时器都要用打点计时器B B都要用天平测质量都要用天平测质量C C都要用刻度尺测位移都要用刻

11、度尺测位移D D都要计算瞬时速度都要计算瞬时速度ACAC4.4.在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，需直接测的实验中，需直接测量的物理量是（量的物理量是（ ）A A重物的质量重物的质量B B重力加速度重力加速度C C重物下落的高度重物下落的高度D D与下落高度对应的重物的瞬时速度与下落高度对应的重物的瞬时速度C C5.5.在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，下列操作正确的实验中，下列操作正确的是（的是（ ）A A先释放重物，后接通电源先释放重物，后接通电源B B用秒表测量重物下落的时间用秒表测量重物下落的时间C C打完一条纸带后，立即切断电源打完一条纸带后，

12、立即切断电源D D每打完一条纸带，移动复写纸的位置每打完一条纸带，移动复写纸的位置CDCD6.6.某学生在验证机械能守恒定律的实验中有如下操作步某学生在验证机械能守恒定律的实验中有如下操作步骤，试将合理的顺序步骤序号填在下面的线上：骤，试将合理的顺序步骤序号填在下面的线上：_A A断开电源，取下纸带，选出前两个点间距离接近断开电源，取下纸带，选出前两个点间距离接近2mm2mm的纸带；的纸带；B B把纸带固定在重锤上；把纸带固定在重锤上；C C将纸带穿过打点计时器，并把纸带上提使重锤停在靠将纸带穿过打点计时器，并把纸带上提使重锤停在靠近打点计时器的地方；近打点计时器的地方；D B C E A G

13、 FD B C E A G FD D把打点计时器固定在放于桌边的铁架台上，并与低压把打点计时器固定在放于桌边的铁架台上，并与低压交流电源相连接；交流电源相连接；E E接通电源，同时释放纸带；接通电源，同时释放纸带；F F求出重锤重力势能的减少量求出重锤重力势能的减少量E EP P和动能的增加量和动能的增加量E EK K，比较比较E EP P和和E EK K得出实验结论；得出实验结论；G G用刻度尺量出所选取的计数点到打下的第一个点之间用刻度尺量出所选取的计数点到打下的第一个点之间的距离的距离7.7.某次某次“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，用的实验中，用6V6V、50Hz50H

14、z的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O O点点为重锤下落的起点，选取的计数点为为重锤下落的起点，选取的计数点为A A、B B、C C、D D，各计，各计数点到数点到O O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取度取9.8m/s9.8m/s2 2，若重锤质量为，若重锤质量为1kg1kg。打点计时器打出打点计时器打出B B点时，重锤下落的速度点时，重锤下落的速度v vB B=_m/s=_m/s，重锤的动能重锤的动能E EkBkB= = J J。从开始下落算起，打点计时器打从开始下落算起，打点计时器打B B点时，重锤的重力势能点时，重锤的重力势能减小量为减小量为 J J。根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开