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1、实验六验证机械能守恒定律要点归纳【实验目的】验证机械能守恒定律.【实验原理】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,但总的机械能守恒.若物体从静止开始下落,下落高度为h时的速度为v,恒有故只需借助打点计时器,通过纸带测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v,即可验证机械能守恒定律.测定第n点的瞬时速度的方法是:测出第n点相邻的前、后两段相等时间间隔T内下落的高度xn-1和xn+1(或用hn-1和hn+1),然后由公式vn=(xn+1+xn-1)/2T或由vn=(hn+1-hn-1)/
2、2T可得vn(如图1所示).【实验器材】铁架台(带铁夹)、打点计时器、交流电源(与打点计时器配套)、导线、带铁夹的重物、复写纸、纸带、刻度尺.图1【实验步骤】1.安装、准备:按如图2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电源连接好.把纸带的一端在重物上用夹子固定好,另一端穿过计时器限位孔,用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近.图22.实验过程:先接通电源,后松手让重物带着纸带自由下落,这样计时器就在纸带上打下了一系列点,并重复以上步骤,得到3～5条打好点的纸带.3.选择、计算:在打好点的
3、纸带中挑选一条点迹清晰且第一、二两点间的距离约为2mm的纸带,在起点标上O,以后各点依次标上1、2、3、4、…,用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3、h4、…,应用公式vn=(hn+1-hn-1)/2T计算各点对应的瞬时速度v1、v2、v3、…4.得出结论:计算各点对应的重力势能减少量mgh和动能增加量mvn2/2,进行比较,看在误差允许范围内是否一致,从而验证机械能是否守恒.【误差分析】1.本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服阻力做功,故动能的增加量一定略小于重力势能的减少量,这是不可避免的,属于系统误
4、差,改进的方法是调整器材的安装,尽可能地减少阻力.2.本实验的另一误差来源于长度的测量,属于偶然误差.【注意事项】1.实验前的准备(1)打点计时器安装时应注意,两纸带限位孔必须在同一竖直线上,以减少摩擦阻力.(2)重物应选择质量较大的,从而使重力远大于下落过程中受到的阻力.2.实验过程因为实验要求第一个点对应重物开始下落的时刻,这就要尽量使每点都要清晰,为此应先接通电源,待打点计时器正常工作后再松开纸带.3.测量和数据处理(1)测量长度时,都必须从起始点开始,只进行一次刻度对齐,读出各段数值,以减少因测量次数过
5、多而带来的误差.(2)实验不用测重物的质量,只需验证gh是否等于vn2/2即可.(3)纸带的选取:若选第一个点为计时起点(该点速度为零),则应选择第一、二两点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量;如果纸带开始的点迹不清晰,也可以选择中间的一段来进行验证,所依据的公式是需要验证的式子是典例剖析用如图3所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为学生电源,输出电压为6V的交流电和直流电两种.重物从高处由静止开始下落,重物上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点痕进行测量,即验证机械能守恒定律.(1)下面
6、列举了该实验的几个操作步骤:A.按照图示的装置安装器件;B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上;C.用天平测量出重物的质量;图3D.释放悬挂纸带的夹子,同时接通电源开关打出一条纸带;E.测量打出的纸带上某些点间的距离;F.根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能.其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤是.(将其选项对应的字母填在横线处)(2)利用这个装置也可以测量重物下落的加速度a的数值.如图4所示,根据打出的纸带,选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E,测出A点距起始点O的距离为x
7、0,点A、C间的距离为x1,点C、E间的距离为x2,使用交流电的频率为f,根据这些条件计算重物下落的加速度a=.(3)在上述验证机械能守恒定律的实验中发现,重物减小的重力势能总是大于重物增加的动能,其原因主要是重物下落的过程中存在阻力作用,可以通过该实验装置测定该阻力的大小.若已知当地重力加速度公认的较准确的值是g,还需要测量的物理量是:.试用这些物理量和上图纸带上的数据符号表示出重物在下落的过程中受到的平均阻力大小为F=.图4思路点拨(1)可对照实验注意事项和围绕减小误差考虑.(2)不论是考查原实验,还是在原
8、实验基础上创新考查,一定要注意分析实验原理(或物理规律),建立好物理模型.解析(1)因本实验中是通过比较重物的重力势能减小量mghn和动能增加量的大小来达到验证的目的,对于同一个研究对象(重物)来说,质量是一定的,故只需比较ghn，和就能达到目的,选项C是没必要的.选项B、D是错误的,应将打点计时器接到电源的“交流输出”上;释放悬挂纸带的夹子,先接通电源开关再释放一条纸带.(2)因Δx
