验证自由落体运动机械能守恒实验复习

5-6实验：验证机械能守恒定律[达标指要]1．继续练习打点计时器的使用2．通过自由落体运动验证机械能守恒定律[认知要点]一、基本知识1．实验原理：利用物体做自由落体运动时，重力势能转化为动能而总的机械能守恒，通过测定重力势能的减少量和相应过程动能增加量来验证．物体运动的瞬时速度v的测定可借助于匀变速运动的平均速度的物理意义进行转化．2．实验器材：打点计时器、低压交流电源、带有铁夹的铁架台、纸带、复写纸、带夹子的重锤、刻度尺、导线3．实验步骤：（1）按要求安装好实验装置，沿竖直方向架稳打点计时器，将纸带固定在重锤上并穿过打点计时器．（2）用手握住纸带，让重物静止地靠近打点计时器的地方，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，计时器在纸带上打下一系列的点．（3）更换几条纸带，重复上述步骤（2）．（4）从几条打下点的纸带中挑选第一、二点间距离接近2mm且点迹清楚的纸带进行测量，先记下第一个点的位置，再用刻度尺测出其余各计数点到第一个点的距离d1、d2、d3…、dn-1、dn、dn+1．（5）由公式计算出各计数点的瞬时速度v1、v2、v3…、vn，再计算出相应的动能及动能的增加量．（6）利用公式计算出各计数点与第一个点的重力势能的减少量．（7）比较动能增加量及重力势能的减少量的大小，验证机械能是否守恒．二、例题精析[例1]做“验证机械能守恒定律”的实验步骤有：A．把打点计时器固定在铁架台上，并用导线将打点计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，让手尽量靠近打点计时器C．松开纸带、接通电源D．更换纸带，重复几次，选用第一、二点间距离接近2mm且点迹清楚的纸带进行测量E．用天平测出物体的质量，利用验证机械能守恒定律在上述实验步骤中错误的是和，多余的是．解析：答案B中应让重物尽量靠近打点计时器，而不是手靠近；答案C中应先接通电源后释放纸带；E中不需要测出物体的质量．本题选B、C、E[例2]在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度是9.81m/s2，测得所用的重物的质量是1.00kg．如图5-6-1所示，实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点．经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm，根据以上数据，可知重物由O点运动到C点重力势能的减少量等于_________J，动能的增加量等于_____________J．（取3位有效数字）AABCDO图5-6-1解析：从O点到C点势能减少量ΔEp=mghoc=1.00×9.81×0.7776J=7.63J计数点点B、D两点间距离sBD=sOD-sOB=(85.73-70.18)cm=15.55cm由匀变速直线运动一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度得：故动能的增量ΔEk=eq\f(1,2)mvc2=7.56J可见，由于有空气阻力的作用，动能的增加量要略小于重力势能的减少量．[益智演练]1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，对于自由下落的物体，下列选择的条件那个更为有利（）A．只要足够重就可以B．只要体积足够小就可以C．既要足够重，又要足够小D．应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲2．验证机械能守恒定律的实验中，下列叙述，哪些是不正确的（）A．打点计时器应竖直地架稳，使纸带下落时尽可能少受阻力B．要用天平测出重物质量C．打点计时器要接6V左右的直流电源D．实验结果总是动能的增加略大于势能的减小RPOA图5-6-23．为进行RPOA图5-6-24．在“验证机械能守恒定律”实验中，如果以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是一条___________（可填“双曲线”、“抛物线”、“过原点的直线”或“与纵轴相交的直线”等），该线的斜率等于___________．5．如图5-6-2所示，某学生用验证碰撞中的动量守恒定律的器材来验证从斜槽滑下机械能守恒，他的实验步骤如下：①把斜槽固定在实验桌边缘，调整斜槽出口使出口处切线水平②出口处拴重锤线，使出口投影落于水平地面O点，地面铺复写纸、白纸③从斜槽某高度处处同一点A从静止开始释放球多次，找出平均落地点P则：（1）如果斜槽厚度不计，应测量的数据有__________________________．（2）根据应取数据字母写出机械能守恒的表达式____________________．6．某同学在做““验证机械能守恒定律”的实验时，不慎将一条选择好的纸带的前面部分损坏了，剩下的一段纸带上各点间的距离他测出并标在纸带上，如图5-6-3所示，已知打点计时器的打点周期为0.02s，重力加速度为g=10m/s2：（1）利用纸带说明重锤通过2、5两点时机械能守恒；（2）分析说明为什么得到的结果是重力势能的减少量稍大于重锤动能的增加量．1123456D2.83.23.64.04.3cm图5-6-37．如图5-6-4（甲）所示，将包有白纸的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在马达上并随之转动，使之替代打点计时器．当烧断挂圆柱的线后，圆柱竖直自由落下，毛笔就在圆柱白纸上划出记号，图（乙）所示，测得记号之间的距离依次为26、42、58、74、90、106mm，已知马达铭牌上有“1440r／min”字样，请说明如何由此验证机械能守恒．毛笔毛笔马达飞轮ω（乙）1069074584226BC（甲）图5-6-48．某同学在做“验证机械能守恒定律”的实验时，选取一条点迹清楚，但头两点间的距离明显小于2mm的纸带，按正确的方法处理纸带．问这样选取纸带的做法是否正确？说明你的理由．9．现有一架天平和一只秒表，试设计一个实验用来测定手急速竖直上抛小球时，手对小球所做的功．说明需要测量的物理量及