_9實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

1、9 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1 1. .會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度 。 2 2. .掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理 。機(jī)械能守恒的各種情況機(jī)械能守恒的各種情況 在自由落體運(yùn)動(dòng)中，若物體下落高在自由落體運(yùn)動(dòng)中，若物體下落高度度h h 時(shí)的速度為時(shí)的速度為v ,v ,則則h hv v一、實(shí)驗(yàn)原理一、實(shí)驗(yàn)原理21mgh2mv實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理思考：思考：如何測(cè)量物體的瞬時(shí)速度如何測(cè)量物體的瞬時(shí)速度? ?v v0 0t tv vA At tv vB Bv vC C 做勻變速運(yùn)動(dòng)的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于相做勻變

2、速運(yùn)動(dòng)的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度。鄰兩點(diǎn)間的平均速度。21(2 )(2 )2Axvtata2ACAxvvttBAvvatBACvv2t2t如圖所示：測(cè)定第如圖所示：測(cè)定第n n點(diǎn)的瞬時(shí)速度的方點(diǎn)的瞬時(shí)速度的方法是：測(cè)出第法是：測(cè)出第n n點(diǎn)的相鄰前、后兩段相點(diǎn)的相鄰前、后兩段相等時(shí)間等時(shí)間T T內(nèi)下落的距離內(nèi)下落的距離s sn n和和s sn+1n+1，Tssvnnn21 由公式由公式 ，或由，或由 算出。算出。 Tddvnnn211 Onsnsn+1dndn+1dn-1打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、重物、刻度復(fù)寫(xiě)紙、重物、刻度尺、鐵架臺(tái)（帶鐵尺、鐵架臺(tái)（帶

3、鐵夾）、學(xué)生電源等。夾）、學(xué)生電源等。夾子夾子打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶紙帶重物重物？鐵架臺(tái)鐵架臺(tái)二、實(shí)驗(yàn)器材：二、實(shí)驗(yàn)器材：1.1.按如圖裝置把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵按如圖裝置把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生架臺(tái)上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生電源連接好。電源連接好。2.2.把紙帶的一端在重錘上用夾子固定把紙帶的一端在重錘上用夾子固定好，另一端穿過(guò)計(jì)時(shí)器限位孔，豎直好，另一端穿過(guò)計(jì)時(shí)器限位孔，豎直提起紙帶使重錘?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附提起紙帶使重錘?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，紙帶上端用夾子夾住。近，紙帶上端用夾子夾住。3.3.接通電源，松開(kāi)紙帶，讓重錘自由接通電源，松開(kāi)紙帶，讓重錘自由下落。下

4、落。4.4.重復(fù)幾次，得到重復(fù)幾次，得到3 35 5條打好點(diǎn)的紙帶。條打好點(diǎn)的紙帶。三、實(shí)驗(yàn)步驟三、實(shí)驗(yàn)步驟: :5.5.在打好點(diǎn)的紙帶中挑選第一、二兩點(diǎn)間的距離接近在打好點(diǎn)的紙帶中挑選第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2mm2mm，且點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上，且點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上0 0，以后，以后各依次標(biāo)上各依次標(biāo)上1 1，2 2，33，用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度，用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度h h1 1、h h2 2、h h3 3Thhvnnn211 計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v v1 1、v v2 2、v v3 36 6應(yīng)用公式應(yīng)用公式7 7計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的勢(shì)能減少

5、量計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的勢(shì)能減少量mghmghn n和動(dòng)能的增加量和動(dòng)能的增加量 進(jìn)行比較。進(jìn)行比較。2n1mv2，實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟1 1打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝時(shí)，必須使兩紙帶限位孔在同一打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝時(shí)，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。豎直線上，以減小摩擦阻力。2 2選用紙帶時(shí)應(yīng)盡量挑第一、二點(diǎn)間距接近選用紙帶時(shí)應(yīng)盡量挑第一、二點(diǎn)間距接近2mm2mm的紙的紙帶。帶。4 4因不需要知道動(dòng)能和勢(shì)能的具體數(shù)值，所以不需要因不需要知道動(dòng)能和勢(shì)能的具體數(shù)值，所以不需要測(cè)量重錘的質(zhì)量。測(cè)量重錘的質(zhì)量。3. 3. 實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作正常實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作正常后

6、再松開(kāi)紙帶讓重錘下落后再松開(kāi)紙帶讓重錘下落四、注意事項(xiàng)四、注意事項(xiàng): :五、誤差分析：五、誤差分析：（1 1）來(lái)自紙帶與計(jì)時(shí)器間的摩擦。故計(jì)時(shí)器平面要豎）來(lái)自紙帶與計(jì)時(shí)器間的摩擦。故計(jì)時(shí)器平面要豎直，紙帶與計(jì)時(shí)器平面要平行，要采用電火花計(jì)時(shí)器。直，紙帶與計(jì)時(shí)器平面要平行，要采用電火花計(jì)時(shí)器。（3 3）選計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離要盡可能拉得開(kāi)）選計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離要盡可能拉得開(kāi)些，使求得的速度誤差小些。些，使求得的速度誤差小些。（2 2）交流電的頻率不穩(wěn)定引起的誤差。）交流電的頻率不穩(wěn)定引起的誤差。思考思考1 1：為什么本實(shí)驗(yàn)不用測(cè)量物體的質(zhì)量？為什么本實(shí)驗(yàn)不用測(cè)量物體的質(zhì)量？mg

7、h =mv 212gh =v 212無(wú)需測(cè)量物體的質(zhì)量無(wú)需測(cè)量物體的質(zhì)量 如果實(shí)驗(yàn)要求計(jì)算勢(shì)能和動(dòng)能的具體數(shù)據(jù)，那就如果實(shí)驗(yàn)要求計(jì)算勢(shì)能和動(dòng)能的具體數(shù)據(jù)，那就必須要知道物體的質(zhì)量。必須要知道物體的質(zhì)量。 紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)O O（起始點(diǎn)的速度應(yīng)（起始點(diǎn)的速度應(yīng)該為零，即打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下第一個(gè)點(diǎn)時(shí)紙帶剛該為零，即打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下第一個(gè)點(diǎn)時(shí)紙帶剛開(kāi)始下落）。開(kāi)始下落）。12x = = gt2 = = 9.80.022m 210-3m = = 2 mm12h起始點(diǎn)起始點(diǎn)思考思考2.2.為什么紙帶上的前兩個(gè)點(diǎn)間的距離應(yīng)接近為什么紙帶上的前兩個(gè)點(diǎn)間的距離應(yīng)接

8、近2mm2mm？思考思考3 3：可以回避起始點(diǎn)嗎可以回避起始點(diǎn)嗎? ?（即處理紙帶時(shí)可以不用起始（即處理紙帶時(shí)可以不用起始點(diǎn)嗎）點(diǎn)嗎）可以?？梢浴Ｎ覀兛梢赃x取我們可以選取A A、B B兩點(diǎn)，比較它們的機(jī)械能兩點(diǎn)，比較它們的機(jī)械能E EA A和和E EB B。若以點(diǎn)。若以點(diǎn)B B為零勢(shì)能點(diǎn)，則有：為零勢(shì)能點(diǎn)，則有：E EkAkAmghmghE EkBkBhAB其他驗(yàn)證方法一：其他驗(yàn)證方法一：利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒 1h2h11PEmgh 22PEmgh 11Lvt 22Lvt 21112KEmv 22212KEmv 其他驗(yàn)證方法二：其他驗(yàn)證方法二：利用頻閃照片驗(yàn)證機(jī)

9、械能守恒利用頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒AB1h2h1s2s112svT 222svT 比例比例1:1 頻閃時(shí)間間隔頻閃時(shí)間間隔T21112KEmv 22212KEmv 11PEmgh 22PEmgh 1.1.為進(jìn)行為進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒驗(yàn)證機(jī)械能守恒”實(shí)驗(yàn)，有下列器材可選實(shí)驗(yàn)，有下列器材可選用：鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫(xiě)紙、紙帶、秒表、低用：鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫(xiě)紙、紙帶、秒表、低壓直流電源、導(dǎo)線、電鍵、天平，其中不必要的器材壓直流電源、導(dǎo)線、電鍵、天平，其中不必要的器材是是_;_;缺少的器材缺少的器材是是 。秒表、天平、低壓直流電源秒表、天平、低壓直流電源低壓交流電源、刻度尺、重物低壓交流電源、

10、刻度尺、重物通過(guò)原點(diǎn)的直線通過(guò)原點(diǎn)的直線2.2.在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，如果以在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，如果以v v2 22 2為縱軸，以為縱軸，以h h為為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的圖線應(yīng)是橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的圖線應(yīng)是 ，才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其斜率等于才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其斜率等于 的數(shù)值。的數(shù)值。0hv 21 12 2g g3.“3.“驗(yàn)證牛頓第二定律驗(yàn)證牛頓第二定律”及及“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，它們的共同之處是（這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，它們的共同之處是（ ）A A都要用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器都要用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B B都要用天平測(cè)質(zhì)量都要用天平測(cè)質(zhì)量C C都要用刻度尺測(cè)位移都要用刻

11、度尺測(cè)位移D D都要計(jì)算瞬時(shí)速度都要計(jì)算瞬時(shí)速度ACAC4.4.在在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，需直接測(cè)的實(shí)驗(yàn)中，需直接測(cè)量的物理量是（量的物理量是（ ）A A重物的質(zhì)量重物的質(zhì)量B B重力加速度重力加速度C C重物下落的高度重物下落的高度D D與下落高度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度與下落高度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度C C5.5.在在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下列操作正確的實(shí)驗(yàn)中，下列操作正確的是（的是（ ）A A先釋放重物，后接通電源先釋放重物，后接通電源B B用秒表測(cè)量重物下落的時(shí)間用秒表測(cè)量重物下落的時(shí)間C C打完一條紙帶后，立即切斷電源打完一條紙帶后，

12、立即切斷電源D D每打完一條紙帶，移動(dòng)復(fù)寫(xiě)紙的位置每打完一條紙帶，移動(dòng)復(fù)寫(xiě)紙的位置CDCD6.6.某學(xué)生在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中有如下操作步某學(xué)生在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中有如下操作步驟，試將合理的順序步驟序號(hào)填在下面的線上：驟，試將合理的順序步驟序號(hào)填在下面的線上：_A A斷開(kāi)電源，取下紙帶，選出前兩個(gè)點(diǎn)間距離接近斷開(kāi)電源，取下紙帶，選出前兩個(gè)點(diǎn)間距離接近2mm2mm的紙帶；的紙帶；B B把紙帶固定在重錘上；把紙帶固定在重錘上；C C將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把紙帶上提使重錘停在靠將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把紙帶上提使重錘停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方；近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方；D B C E A G

13、 FD B C E A G FD D把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在放于桌邊的鐵架臺(tái)上，并與低壓把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在放于桌邊的鐵架臺(tái)上，并與低壓交流電源相連接；交流電源相連接；E E接通電源，同時(shí)釋放紙帶；接通電源，同時(shí)釋放紙帶；F F求出重錘重力勢(shì)能的減少量求出重錘重力勢(shì)能的減少量E EP P和動(dòng)能的增加量和動(dòng)能的增加量E EK K，比較比較E EP P和和E EK K得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；G G用刻度尺量出所選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)到打下的第一個(gè)點(diǎn)之間用刻度尺量出所選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)到打下的第一個(gè)點(diǎn)之間的距離的距離7.7.某次某次“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，用的實(shí)驗(yàn)中，用6V6V、50Hz50H

14、z的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條無(wú)漏點(diǎn)的紙帶，如圖所示，的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條無(wú)漏點(diǎn)的紙帶，如圖所示，O O點(diǎn)點(diǎn)為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)為為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)為A A、B B、C C、D D，各計(jì)，各計(jì)數(shù)點(diǎn)到數(shù)點(diǎn)到O O點(diǎn)的長(zhǎng)度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米，重力加速點(diǎn)的長(zhǎng)度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米，重力加速度取度取9.8m/s9.8m/s2 2，若重錘質(zhì)量為，若重錘質(zhì)量為1kg1kg。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B B點(diǎn)時(shí)，重錘下落的速度點(diǎn)時(shí)，重錘下落的速度v vB B=_m/s=_m/s，重錘的動(dòng)能重錘的動(dòng)能E EkBkB= = J J。從開(kāi)始下落算起，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打從開(kāi)始下落算起，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)能點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)能減小量為減小量為 J J。根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開(kāi)