内容发布更新时间 : 2024/11/16 13:47:01星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
第五节 验证机械能守恒定律
一、实验目的
1．会用打点计时器打下的纸带计算物体的运动速度和位移． 2．探究自由落体运动物体的机械能守恒． 二、实验原理
让物体自由下落，在忽略阻力情况下，探究物体的机械能守恒，有两种方案探究物体的机械能守恒：
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1．以物体下落的起始点O为基准，测出物体下落高度h时的速度大小v，若mv＝mgh2成立，则可验证物体的机械能守恒．
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2．测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，若关系式mv2－mv1＝mgh成立，
22则物体的机械能守恒．
三、实验器材
铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、低压交流电源(4～6 V)、重物、毫米刻度尺、纸带(带夹子)、复写纸片、导线.
实验原理及实验步骤 1.安装置：按图将检查、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
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自由下落．更换纸带重复做3～5次实验．
3．选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2 mm的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2 mm的第一个点作为起始点，记作O，在距离O点较远处再依次选出计数点1、2、3…
4．测距离：用刻度尺测出O点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3… 【例1】 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4…n，则：
(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为________、________、________，必须计算出的物理量为_______、_______，验证的表达式为___________．
(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是________(填写步骤前面的字母)． A．将打点计时器竖直安装在铁架台上． B．先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落． C．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验．
D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带．
E．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1、h2、h3…hn，计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3…vn.
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F．分别算出mvn和mghn，在实验误差范围内看是否相等．
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[解析] (1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒，应测出第2点到第6点的距离h26，要计算第2点和第6点的速度v2和v6，必须测出第1点到第1212
3点之间的距离h13和第5点到第7点之间的距离h57，机械能守恒的表达式为mgh26＝mv6－mv2.
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[答案] (1)第2点到第6点之间的距离h26
第1点到第3点之间的距离h13 第5点到第7点之间的 距离h57 第2点的瞬时速度v2 第6点的瞬时速度v6
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mgh26＝mv26－mv2 (2)ADBCEF
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处理实验问题，要明确实验原理，根据原理设计实验步骤，有针对性的分析问题.
1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面列出一些实验步骤： A．用天平称出重物和夹子的重量 B．把重物系在夹子上
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C．将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器静止
D．把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6 V(电源不接通) E．把打点计时器固定在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上 F．在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据 G．用秒表测出重物下落时间
H．接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带 I．切断电源
J．更换纸带，重新进行两次 K．在三条纸带中选出较好的一条 L．进行计算，得出结论，完成报告 M．拆下导线，整理器材
以上步骤中，不必要的有________，正确步骤的合理顺序是________(填写字母)． [解析] 只为了验证机械能守恒，没必要称量重物的质量．打点计时器本身就是计时仪器，不再需要秒表．
[答案] AG EDBCHIJMKFL
数据处理与误差分析 一、数据处理
1．计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…n并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3…hn再根据公式vn＝
hn＋1－hn－1
，计算出1、2、3、4…n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4…vn. 2T2．机械能守恒验证
方法一：利用起始点和第n点．
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从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为mvn，计算ghn和vn，
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如果在实验误差允许的范围内ghn＝vn，则机械能守恒定律得到验证．
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方法二：任取两点A、B.
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从A点到B点，重力势能减少量为mghA－mghB，动能增加量为mvB－mvA，计算ghAB和vB222121212
－vA，如果在实验误差允许的范围内ghAB＝vB－vA，则机械能守恒定律得到验证． 222
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