高中物理（新人教必修二）：第七章 9《實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 9 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 1 實(shí)驗(yàn)原理 自由落體運(yùn)動(dòng)中 物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化 總的機(jī)械能守恒 設(shè)某時(shí)刻物體的瞬時(shí)速度為v 下落高度為h 則有 利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 通過(guò)紙帶測(cè)出重物某時(shí)刻下落的高度及該時(shí)刻的 即可 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 瞬時(shí)速度 刻度尺 低壓交流電源 2 實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶 復(fù)寫紙片 重物 帶有夾子的鐵架臺(tái) 導(dǎo)線等 3 減小實(shí)驗(yàn)誤差 為了減小阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響 應(yīng)采用密度 填 較大 或 較小 的重物 紙帶應(yīng) 放置 較大 豎直 4 關(guān)于 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn) 下列敘述的步驟 中 正確的或必要的是 C A 利用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量B 采用直流低壓電源接打點(diǎn)計(jì)時(shí)器C 先接通電源 后釋放紙帶D 用秒表測(cè)出重錘下落的時(shí)間 5 在 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 通過(guò)計(jì)算得到的 有 A 重錘的質(zhì)量 D B 重錘的下落時(shí)間C 重錘的下落高度D 與重錘下落高度對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度解析 重錘的質(zhì)量不需要測(cè)量 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是計(jì)時(shí)的儀器 故下落時(shí)間不需要計(jì)算 重錘下落的高度要測(cè)量出來(lái) 只有與重錘下落高度對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度需要用平均速度計(jì)算出來(lái) 落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究物體自由下落過(guò)程中動(dòng)能與勢(shì)能的變化 從而驗(yàn)證機(jī) 械能守恒定律 增加量為 mv2 看它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等 若 實(shí)驗(yàn)原理 1 在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中 物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能互相轉(zhuǎn)化 但總的機(jī)械能保持不變 若物體某時(shí)刻的瞬時(shí) 速度為v 下落高度為h 則重力勢(shì)能的減少量為mgh 動(dòng)能的 12 相等則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律 2 速度的測(cè)量 做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度 計(jì)算打第n個(gè)點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度的方法是 測(cè)出第n個(gè)點(diǎn)前后相鄰兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離xn和xn 1 由公式vn 算出 如圖7 9 1所示 圖7 9 1 實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺(tái) 帶鐵夾 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 重物 帶紙帶夾子 紙帶若干條 復(fù)寫紙片 導(dǎo)線 刻度尺 學(xué)生電源等 實(shí)驗(yàn)步驟 1 安裝 如圖7 9 2所示 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái) 上 用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與低壓交流電源相連接 圖7 9 2 2 紙帶打點(diǎn) 把紙帶的一端在重物上用夾子固定好 另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔 用手提著紙帶 使重物停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近 先 待打點(diǎn)穩(wěn)定后再 讓重物自由下落 重復(fù)幾次 打下3 5條紙帶 3 選紙帶 選取點(diǎn)跡較為清晰的紙帶 挑選紙帶上第一個(gè)點(diǎn)及距離第一個(gè)點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn) 并依次標(biāo)上0 1 2 3 4 數(shù)據(jù)測(cè)量 測(cè)出點(diǎn)0到點(diǎn)1 點(diǎn)2 點(diǎn)3 的距離 即 為對(duì)應(yīng)的下落高度h1 h2 h3 接通電源 釋放紙帶 注意事項(xiàng) 1 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺(tái)上 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向上 以減小摩擦阻力 2 應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物 增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小 增大密度可以減小體積 可使空氣阻力減小 3 實(shí)驗(yàn)中 需保持提紙帶的手不動(dòng) 且保證紙帶豎直 待 接通電源 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后 再松開(kāi)紙帶 4 測(cè)下落的高度時(shí) 要從第一個(gè)打的點(diǎn)測(cè)起 并且各點(diǎn)對(duì) 應(yīng)的下落高度要一次測(cè)量完 誤差分析 1 本實(shí)驗(yàn)中 因重物和紙帶在下落過(guò)程中要克服阻力做功 故動(dòng)能的增加量一定略小于重力勢(shì)能的減少量 這是不可避免的 屬于系統(tǒng)誤差 改進(jìn)的方法是調(diào)整器材的安裝 盡可能地減小阻力 2 本實(shí)驗(yàn)的另一誤差來(lái)源于長(zhǎng)度的測(cè)量 屬于偶然誤差 減小誤差的方法是測(cè)量物體的下落距離時(shí) 所選的距離盡可能大一些 或者多次測(cè)量取平均值 例題 1 為進(jìn)行 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn) 有下列器材可供選擇 鐵架臺(tái) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 復(fù)寫紙 紙帶 低壓直流電源 天平 秒表 導(dǎo)線 開(kāi)關(guān) 其中不必要的器材是 缺少的器材是 2 在 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz 查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 9 8m s2 測(cè)得所用重物的質(zhì)量為1 00kg 實(shí)驗(yàn)中得到的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶 如圖7 9 3所示 把第一個(gè)點(diǎn)記為O 另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A B C D作為測(cè)量點(diǎn) 待測(cè)量后知道A B C D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為62 99cm 70 18cm 77 76cm 85 73cm 根據(jù)以上數(shù)據(jù) 可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn) 重力勢(shì)能的減少量等于 J 動(dòng)能的增加量等于 J 取三位有效數(shù)字 圖7 9 3 解析 1 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作是需要用交流電源的 故低壓直流電源應(yīng)該換成低壓交流電源 在該實(shí)驗(yàn)中 物體的質(zhì)量可以不用測(cè)量 用不到天平 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器已經(jīng)起到計(jì)時(shí)的作用 秒表是多余的 而且打點(diǎn)計(jì)時(shí)器比秒表計(jì)時(shí)更精確 答案 1 低壓直流電源 天平 秒表 低壓交流電源 重 錘 刻度尺 2 7 627 57 觸類旁通 1 在 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 有下述步驟 A 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上 B 接通電源 再松開(kāi)紙帶 讓重物自由下落 C 取下紙帶 換新紙帶 重新實(shí)驗(yàn) D 將重物固定在紙帶的一端 讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 用手 提著紙帶 E 選擇一條紙帶 用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h1 h2 h3 hn 計(jì)算出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度 以上實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是 ADBCEF 2 在 用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 1 所用重錘的質(zhì)量m 1 0kg 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz 打下的紙帶如圖7 9 4所示 圖中的數(shù)據(jù)為從起始點(diǎn)O到該點(diǎn)的距離 則在打B點(diǎn)時(shí) 重錘的速度vB m s 重錘的動(dòng)能EkB J 從開(kāi)始下落到打B點(diǎn)時(shí) 重錘的勢(shì)能減少量是 J 取兩位有效數(shù)字 圖7 9 4 2 根據(jù)紙帶算出各點(diǎn)的速度v 量出下落距離h 則以v2 為縱軸 h為橫軸 畫出的圖線應(yīng)是下圖中的 答案 1 0 790 31 0 32 2 C 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全