实验六验证机械行业能守恒定律

实验六验证机械能守恒定律【实验目的】验证机械能守恒定律．【实验原理】1．在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变．若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律．抓纲扣本·落实基础【实验器材】铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)．【实验过程】一、实验步骤1．安装置：按图实Ⅵ－2所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路．2．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方．先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落．更换纸带重复做3次～5次实验．【误差分析】1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk＜ΔEp，这属于系统误差．改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．减小误差的方法是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值．［例1］在“验证机械能守恒定律”的实验中，某同学利用图实Ⅵ－3甲中器材进行实验，正确地完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示．在实验数据处理中，某同学取A、B两点来验证实验，已知打点计时器每隔0.02s打一个点，图中测量结果记录在下面的表格中．剖题探法·突破考点考点一实验数据的处理及误差分析(1)观察纸纸带，，可知知连接接重物物的夹夹子应应夹在在纸带带的________端(选填“左”或“右”)；(2)将表格格中未未填项项目填填写完完整；；(3)若重物物和夹夹子的的总质质量为为0.6kg，那么么在AB运动过过程中中，动动能的的增加加量为为________J，重力力势能能的减减少量量为________J.(4)实验中中误差差产生生的原原因有有_______________________________________________．(写出两两个原原因即即可)项目x1/cmA点瞬时速度/(m·s－1)x2/cmB点瞬时速度/(m·s－1)A、B两点间距离/cm数据3.920.9812.8049.00[答案](1)左(2)3.20(3)2.782.94(4)见解析析［例2］(2013·长春模拟拟)某实验小小组利用用如图实实Ⅵ－4所示的实实验装置置来验证证钩码和和滑块所所组成的的系统机机械能守守恒．考点二创新设计计实验(1)如图实Ⅵ－5所示，用用游标卡卡尺测得得遮光条条的宽度度d＝________mm；实验时时将滑块块从图示示位置由由静止释释放，由由数字计计时器读读出遮光光条通过过光电门门的时间间Δt＝1.2××10－2s，则滑块块经过光光电门时时的瞬时时速度为为________m/s.在本次实实验中还还需要测测量的物物理量有有：钩码码的质量量m、________和________(文字说明明并用相相应的字字母表示示)．(2)本实验通通过比较较________和________在实验误误差允许许的范围围内相等等(用测量的的物理量量符号表表示)，从而验验证了系系统的机机械能守守恒．[解题感悟悟]本实验为为一验证证性实验验．要求求根据要要验证的的物理规规律设计计实验过过程、选选择需要要测定的的物理量量，这也也是实验验创新的的根本所所在．但但“万变不离离其宗”，科学、、合理地地计算出出过程动动能和势势能的变变化量再再进行比比较，是是实验的的是终目目的．1．(2013·太原调研研)一位同学学做“用自由落落体运动动验证机机械能守守恒定律律”的实验．．(1)现有下列列器材可可供选择择：铁架架台、电电磁打点点计时器器及复写写纸、纸纸带若干干、4～6V低压交流流电源、、天平、、秒表、、导线、、电键、、重锤．．其中不不必要的的器材是是：______________；缺少的的器材是是________________．达标训练练·技能过关关(2)根据纸带带算出相相关各点点的速度度v，量出下下落的距距离h，以v2/2为纵轴，，以h为横轴画画出的图图线应是是图实Ⅵ－6中的________．答案(1)天平、秒秒表毫毫米刻度度尺(2)C2．(2012·南宁统考考)某同学利利用如图图实Ⅵ－7甲所示的的实验装装置验证证机械能能守恒定定律．该该同学经经正确操操作得到到打点纸纸带，在在纸带后后段每两两个计时时间隔取取一个计计数点，，依次为为1、2、3、4、5、6、7，测量各各计数点点到第一一个打点点的距离离h，并正确确求出打打相应点点时的速速度v.各计数点点对应的的数据见见下表．．(1)请在图实实Ⅵ－7乙所示坐坐标中，，描点作作出v2－h图线；由由图线可可知，重重锤下落落的加速速度g′＝________m/s2(保留三位位有效数数字)；(2)若当地的的重力加加速度g＝9.80m/s2，根据作作出的图图线，能能粗略验验证自由由下落的的重锤机机械能守守恒的依依据是________________．答案(1)如图所示示9.75(9.69～9.79均可)(2)g′与g基本相等等3．(2013·湖南十二二校联考考)某同学利利用竖直直上抛小小球的频频闪照片片验证机机械能守守恒定律律．频闪闪仪每隔隔0.05s闪光一次次，图实实Ⅵ－8中所标数数据为实实际距离离，该同同学通过过计算得得到不同同时刻的的速度如如下表(当地重力力加速度度取9.8m/s2，小球质质量m＝0.2kg，结果保保留三位位有效数数字)：时刻t2t3t4t5速度(m/s)5.595.084.58(1)由频闪照照片上的的数据计计算t5时刻小球球的速度度v5＝________m/s.(2)从t2到t5时间内内，重重力势势能增增加量量ΔEp＝______J，动能能减少少量ΔEk＝________J.(3)在误差差允许许的范范围内内，若若ΔEp与ΔEk近似相相等，，从而而验证证了机机械能能守恒恒定律律．由由上述述计算算得ΔEp________ΔΔEk(选填“＞”“＜”或“＝”)，造成成这种种结果果的主主要原原因是是______________．答案(1)4.08(2)1.421.46(3)＜原原因见见解析析4．用如如图实实Ⅵ－9所示的的实验验装置置验证证机械械能守守恒定定律．．实验验所用用的电电源为为学生生电源源，有有输出出电压压为6V的交流流电和和直流流电两两种．．重物物从高高处由由静止止开始始下落落，重重物拖拖着的的纸带带上有有打出出的一一系列列点，，对纸纸带上上的点点痕进进行测测量，，即可可验证证机械械能守守恒定定律．．(1)下面列列举了了该实实验的的几个个操作作步骤骤：A．按照照图实实Ⅵ－9所示的的装置置安装装器件件；B．将打打点计计时器器接到到电源源的“直流输输出”上；C．用天天平测测出重重物的的质量量；D．先释释放纸纸带，，后接接通电电源；；E．测量量纸带带上某某些点点间的的距离离；F．根据据测量量的结结果计计算重重物下下落过过程减减少的的重力力势能能是否否等于于增加加的动动能．．其中没没有必必要进进行的的步骤骤是________，操作作不当当的步步骤是是________．(2)利用这这个装装置也也可以以测量量重物物下落落的加加速度度a的数值值．根根据打打出的的纸带带，选选取纸纸带上上的连连续的的五个个点A、B、C、D、E，测出各点点之间的距距离如图实实Ⅵ－10所示．使用用交流电的的频率为f，则计算重重物下落的的加速度的的表达式a＝________.(用x1、x2、x3、x4及f表示)(3)在验证机械械能守恒定定律的实验验中发现，，重物减小小的重力势势能总是大大于重物增增加的动能能，其主要要原因是重重物和纸带带下落过程程中存在阻阻力作用，，可以通过过该实验装装置测阻力力的大小．．若已知当当地重力加加速度为g，还需要测测量的物理理量是________．试用这些些物理量和和纸带上的的数据符号号表示重物物和纸带在在下落的过过程中受到到的平均阻阻力大小Ff＝________.解析(1)步骤B是错误的，，应该接到到电源的“交流输出”端；步骤C不必要，因因为根据测测量原理，，重物的动动能和势能能中都包含含了质量m，可以约去去；步骤D是错误的，，应该先接接通电源，，待打点稳稳定后再释释放纸带．．5．(2013·苏北四星级级高中联考考)用如图实Ⅵ－11所示装置验验证m1、m2组成的系统统机械能守守恒．m2从高处由静静止开始下下落，m1上拖着的纸纸带打出一一系列的点点，对纸带带上的点迹迹进行测量量，即可验验证机械能能守恒定律律．图实Ⅵ－12给出的是实实验中获取取的一条纸纸带：0是打下的第第一个点，，每相邻两两计数点间间还有4个点(图中未标出出)，计数点间间的距离如如图所示．．已知m1＝50g、m2＝150g(g取9.8m/s2，所有结果果均保留三三位有效数数字)．(1)在纸带上打打下计数点点5时的速度v5