59实验验证机械能守恒定律kry.docx

5.9实实验：验验证机械械能守恒恒定律班级_姓名_学号号_学习目标标:1. 学学会利用用自由落落体运动动验证机机械能守守恒定律律。2. 进进一步熟熟练掌握握应用计计时器打打纸带研研究物体体运动的的方法。学习重点点:1. 验证机机械能守守恒定律律的实验验原理和和步骤。2.验证证机械能能守恒定定律实验验的注意意事项。学习难点点:验证机机械能守守恒定律律实验的的注意事事项。主要内容容:一、实验验原理 物体在在自由下下落过程程中，重重力势能能减少，动动能增加加。如果果忽略空空气阻力力，只有有重力做做功，物物体的机机械能守守恒，重重力势能能的减少少等于动动能的增增加。设设物体的的质量为为m，借借助打点点计时器器打下纸纸带，由由纸带测测算出至至某时刻刻下落的的高度hh及该时时刻的瞬瞬时速度度v；进进而求得得重力势势能的减减少量Ep=mggh和动动能的增增加量EK=1/2mvv2；比较较Ep和EK，若在在误差允允许的范范围内相相等，即即可验证证机械能能守恒。测定第nn点的瞬瞬时速度度vn：依据据“物体做做匀变速速直线运运动，在在某段时时间内的的平均速速度等于于这段时时间中间间时刻的的瞬时速速度”，用公公式vnn=（hhn+11-hn-1）/2T计计算(TT为打下下相邻两两点的时时间间隔隔)。二、实验验器材 电火花花计时器器(或电电磁打点点计时器器)，交交流电源源，纸带带(复写写纸片)，重物物(带纸纸带夹子子)，导导线，刻刻度尺，铁铁架台(带夹子子)。三、实验验步骤 (1)按图装装置固定定好计时时器，并并用导线线将计时时器接到到电压合合适的交交流电源源上(电电火花计计时器要要接到2220 V交流流电源上上，电磁磁打点计计时器要要接到44 V6 VV的交流流低压电电源上)。 (2)将纸带带的一端端用小夹夹子固定定在重物物上，使使另一端端穿过计计时器的的限位孔孔，用手手竖直提提着纸带带，使重重物静止止在靠近近计时器器的地方方。 (3)接通电电源，松松开纸带带，让重重物自由由下落，计计时器就就在纸带带上打下下一系列列小点。 (4)换几条条纸带，重重做上面面的实验验。 (5)从几条条打上了了点的纸纸带上挑挑选第一一、二两两点间的的距离接接近2 mm且且点迹清清晰的纸纸带进行行测量。(6)在在挑选出出的纸带带上，先先记下打打第一个个点的位位置0(或A)，再任任意选取取几个点点1、22、3(或B、CC、D)等，用用刻度尺尺量出各各点到00的距离离h1、h2、h3等，如如图所示示。(7)用用公式vvn=（hhn+11-hn-1）/2T计计算出各各点对应应的瞬时时速度vv1、v2、v3等。(8)计计算出各各点对应应的势能能减少量量mghhn和动能能的增加加量1/2mvvn2的值，进进行比较较，得出出结论。四、实验验记录五、实验验结论 在只有有重力做做功的情情况下，物物体的重重力势能能和动能能可以相相互转化化，但机机械能的的总量保保持不变变。六、实验验注意事事项 (1)计时器器要竖直直地架稳稳、放正正。架稳稳就是要要牢固、稳稳定。重重物下落落时它不不振动；放正就就是使上上下两个个限位孔孔在同一一竖直平平面内一一条竖直直线上与与纸带运运动方向向相同，以以减小纸纸带运动动时与限限位孔的的摩擦(可用手手提住固固定好重重物的纸纸带上端端，上下下拉动纸纸带，寻寻找一个个手感阻阻力最小小的位置置)。 (2)打点前前的纸带带必须平平直，不不要卷曲曲，否则则纸带在在下落时时会卷到到计时器器的上边边缘上，从从而增大大了阻力力，导致致实验误误差过大大。 (3)接通电电源前，提提纸带的的手必须须拿稳纸纸带，并并使纸带带保持竖竖直，然然后接通通电源，待待计时器器正常工工作后，再再松开纸纸带让重重物下落落，以保保证第一一个点迹迹是一个个清晰的的小点。 (4)对重物物的要求求：选用用密度大大、质量量大些的的物体，以以减小运运动中阻阻力的影影响(使使重力远远大于阻阻力)。 (5)纸带的的挑选：应挑选选第一、二二两点间间的距离离接近22 mmm且点迹迹清晰的的纸带进进行测量量。这是是因为：本实验验的前提提是在重重物做自自由落体体运动的的情况下下，通过过研究重重力势能能的减少少量与动动能的增增加量是是否相等等来验证证机械能能是否守守恒的，故故应保证证纸带(重物)是在打打第一个个点的瞬瞬间开始始下落。计计时器每每隔O02 s打一一次点，做做自由落落体运动动的物体体在最初初0002 ss内下落落的距离离h1=1/2gtt2=1/2×988×00022m=000002 mm=2 mm，所所以若纸纸带第一一、二两两点间的的距离接接近2 mm，就就意味着着重物是是在打第第一个点点时的瞬瞬间开始始下落的的，从而而满足本本次实验验的前提提条件(打第一一个点物物体的初初速度为为零，开开始做自自由落体体运动)。 (6)测量下下落高度度时，必必须从起起点o量量起。为为了减小小测量的相对对误差，选选取的计计数点要要离O点点适当远远些(纸纸带也不不宜过长长，其有有效长度度可在660 ccm880 ccm以内内)。 (7)本实验验并不需需要知道道重力势势能减少少量和动动能增加加量的具具体数值值，只要要对mggh与11/2mmv2进行比比较（实实际上只只要验证证1/22v2=ghh即可）以以达到验验证机械械能守恒恒的目的的，所以以不必测测出重物物的质量量。七、误差差分析 (1)做好本本实验的的关键是是尽量减减小重物物下落过过程中的的阻力，但但阻力不不可能完完全消除除。本实实验中，误误差的主主要来源源是纸带带摩擦和和空气阻阻力。由由于重物物及纸带带在下落落中要不不断地克克服阻力力做功，因因此物体体动能的的增加量量必稍小小于重力力势能的的减少量量，这是是系统误误差。减减小系统统误差的的方法有有选用密密度大的的实心重重物，重重物下落落前纸带带应保持持竖直，选选用电火火花计时时器等。 (2)由于测测量长度度会造成成误差，属属偶然误误差，减减少办法法一是测测距离都都应从起起点0量量起，下下落高度度h适当当大些(过小，hh不易测测准确；过大，阻阻力影响响造成的的误差大大)，二二是多测测几次取取平均值值。【例一】 在“验证证机械能能守恒定定律”的实验验中，已已知打点点计时器器所用电电源的频频率为550Hzz，查得得当地的的重力加加速度gg=980mm/s22。某同同学选择择了一条条理想的的纸带，用用刻度尺尺测量时时计数点点对应刻刻度尺上上的读数数如图所所示。图图中O点点是打点点计时器器打出的的第一个个点，AA、B、CC、D分分别是每每打两个个点取出出的计数数点。根根据以上上数据，可可知重物物由O点点运动到到B点时时：(1)重重力势能能的减少少量为多多少?(2)动动能的增增加量是是多少?(3)根根据计算算的数据据可得出出什么结结论?产产生误差差的主要要原因是是什么?课后作业业：1在“验证机机械能守守恒定律律”的实验验中，需需要直接接测量和和间接测测量的数数据是重重物的 ( )A质量量 BB下落落时间 C下下落高度度 D瞬时速速度2选择择纸带时时，较为为理想的的是 ( )A点迹迹小而清清晰的 B点点迹粗的的C第一一、二点点距离接接近2mmm的 DD纸带带长度较较长的(40-550cmm)3在“验证机机械能守守恒定律律”的实验验中，有有下列器器材可供供选择： 铁架架台、打打点计时时器、复复写纸、低低压直流流电源、天天平、秒秒表、导导线、开开关。其其中不必必要的器器材是_。缺少少的器材材是_。4下列列实验步步骤中，合合理的顺顺序是 A把重物物系在夹夹子上，纸纸带穿过过计时器器，上端端用手提提着，下下端夹上上系重物物的夹子子，让夹夹子靠近近打点计计时器。 B把打点点计时器器接入学学生电源源交流输输出端，输输出电压压调在66V。 C把打点点计时器器固定在在铁架台台上，使使两个限限位孔在在同一竖竖直线上上。 D拆下导导线，整整理器材材。 E接通电电源，释释放纸带带。F断开开电源，更更换纸带带。再进进行两次次实验。G在三三条纸带带中选取取最合适适的一条条，再纸纸带上选选几个点点，进行行数据处处理。5.在“验证机机械能守守恒定律律”的实验验中，电电源频率率为500Hz。当当地重力力加速度度g=998mm/s22，测得得所用重重物质量量是100kkg，甲甲、乙、丙丙三同学学分别用用同一装装置打出出三条纸纸带，量量出各纸纸带上第第一、二二两点间间的距离离分别是是0118cmm，019ccm和00255cm，可可以看出出其中一一个人在在操作上上有误，具具体原因因是_，选选用第二二条纸带带，量得得三个连连续A、BB、C到到第一点点的距离离分别是是1555ccm、119220cmm和233233cm，当当打点计计时器打打在B点点时，重重物重力力势能减减小量为为_J，重重物的动动能是_JJ。6. 在在“验证机机械能守守恒定律律”的实验验中，打打点计时时器所用用电源频频率为550Hzz，当地地重力加加速度gg=98m/s2，测得得所用重重物质量量是100kkg，实实验中得得到一条条点迹清清晰的纸纸带，把把第一个个点计作作O，另另选连续续的四个个点A、BB、C、DD作为测测量的点点，经测测量知道道A、BB、C、DD各点到到O点的的距离分分别是662.999cmm、700.188cm、7776cm、8573cm，根据以上数据。可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量为_J，动能的增加量等于_J。（取3位有效数字）。7在利利用自由由落体运运动验证证机械能能守恒定定律的实实验中，对对第一个个计数点点的要求求为_。用用_方法法可以判判断满足足了这个个要求。实实验时必必须知道道重锤的的动能增增加量应应小于重重力势能能减少量量，而在在实验计计算中却却可能出出现动能能增加量量大于重重力势能能减少量量，这是是由于_。8在利利用自由由落体运运动验证证机械能能守恒定定律的实实验中，(1)若若应用公公式v=gt计计算即时时速度进进行验证证，打点点计时器器所接交交流电的的频率为为50赫赫兹，甲甲、乙两两条实验验纸带，如如图所示示，应选选_纸带带好。(2)若若通过测测量纸上上某两点点间距离离来计算算即时速速度，进进行验证证，设已已测得点点2到44间距离离为s11,点00到3间间距离为为s2，打点点周期为为T，为为验证重重物开始始下落到到打点计计时器打打下点33这段时时间内机机械能守守恒、实实验后，ss1、s2和T应应满足的的关系为为T=_。