實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械行業(yè)能守恒定律

實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹框?yàn)證機(jī)械能守恒定律．【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)刻瞬時(shí)速度為v，下落高度為h，則重力勢能的減少量為mgh，動(dòng)能的增加量為mv2，看它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．抓綱扣本·落實(shí)基礎(chǔ)【實(shí)驗(yàn)器材】鐵架臺(tái)(含鐵夾)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)生電源，紙帶，復(fù)寫紙，導(dǎo)線，毫米刻度尺，重物(帶紙帶夾)．【實(shí)驗(yàn)過程】一、實(shí)驗(yàn)步驟1．安裝置：按圖實(shí)Ⅵ－2所示將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上，接好電路．2．打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方．先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落．更換紙帶重復(fù)做3次～5次實(shí)驗(yàn)．【誤差分析】1．本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力)做功，故動(dòng)能的增加量ΔEk稍小于重力勢能的減少量ΔEp，即ΔEk＜ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差．改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力．2．本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)誤差來源于長度的測量，屬偶然誤差．減小誤差的方法是測下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測量完，或者多次測量取平均值．［例1］在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)利用圖實(shí)Ⅵ－3甲中器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，正確地完成實(shí)驗(yàn)操作后，得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，如圖乙所示．在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，某同學(xué)取A、B兩點(diǎn)來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，圖中測量結(jié)果記錄在下面的表格中．剖題探法·突破考點(diǎn)考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及誤差分析(1)觀察紙紙帶，，可知知連接接重物物的夾夾子應(yīng)應(yīng)夾在在紙帶帶的________端(選填“左”或“右”)；(2)將表格格中未未填項(xiàng)項(xiàng)目填填寫完完整；；(3)若重物物和夾夾子的的總質(zhì)質(zhì)量為為0.6kg，那么么在AB運(yùn)動(dòng)過過程中中，動(dòng)動(dòng)能的的增加加量為為________J，重力力勢能能的減減少量量為________J.(4)實(shí)驗(yàn)中中誤差差產(chǎn)生生的原原因有有_______________________________________________．(寫出兩兩個(gè)原原因即即可)項(xiàng)目x1/cmA點(diǎn)瞬時(shí)速度/(m·s－1)x2/cmB點(diǎn)瞬時(shí)速度/(m·s－1)A、B兩點(diǎn)間距離/cm數(shù)據(jù)3.920.9812.8049.00[答案](1)左(2)3.20(3)2.782.94(4)見解析析［例2］(2013·長春模擬擬)某實(shí)驗(yàn)小小組利用用如圖實(shí)實(shí)Ⅵ－4所示的實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置置來驗(yàn)證證鉤碼和和滑塊所所組成的的系統(tǒng)機(jī)機(jī)械能守守恒．考點(diǎn)二創(chuàng)新設(shè)計(jì)計(jì)實(shí)驗(yàn)(1)如圖實(shí)Ⅵ－5所示，用用游標(biāo)卡卡尺測得得遮光條條的寬度度d＝________mm；實(shí)驗(yàn)時(shí)時(shí)將滑塊塊從圖示示位置由由靜止釋釋放，由由數(shù)字計(jì)計(jì)時(shí)器讀讀出遮光光條通過過光電門門的時(shí)間間Δt＝1.2××10－2s，則滑塊塊經(jīng)過光光電門時(shí)時(shí)的瞬時(shí)時(shí)速度為為________m/s.在本次實(shí)實(shí)驗(yàn)中還還需要測測量的物物理量有有：鉤碼碼的質(zhì)量量m、________和________(文字說明明并用相相應(yīng)的字字母表示示)．(2)本實(shí)驗(yàn)通通過比較較________和________在實(shí)驗(yàn)誤誤差允許許的范圍圍內(nèi)相等等(用測量的的物理量量符號(hào)表表示)，從而驗(yàn)驗(yàn)證了系系統(tǒng)的機(jī)機(jī)械能守守恒．[解題感悟悟]本實(shí)驗(yàn)為為一驗(yàn)證證性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)．要求求根據(jù)要要驗(yàn)證的的物理規(guī)規(guī)律設(shè)計(jì)計(jì)實(shí)驗(yàn)過過程、選選擇需要要測定的的物理量量，這也也是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)創(chuàng)新的的根本所所在．但但“萬變不離離其宗”，科學(xué)、、合理地地計(jì)算出出過程動(dòng)動(dòng)能和勢勢能的變變化量再再進(jìn)行比比較，是是實(shí)驗(yàn)的的是終目目的．1．(2013·太原調(diào)研研)一位同學(xué)學(xué)做“用自由落落體運(yùn)動(dòng)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)機(jī)械能守守恒定律律”的實(shí)驗(yàn)．．(1)現(xiàn)有下列列器材可可供選擇擇：鐵架架臺(tái)、電電磁打點(diǎn)點(diǎn)計(jì)時(shí)器器及復(fù)寫寫紙、紙紙帶若干干、4～6V低壓交流流電源、、天平、、秒表、、導(dǎo)線、、電鍵、、重錘．．其中不不必要的的器材是是：______________；缺少的的器材是是________________．達(dá)標(biāo)訓(xùn)練練·技能過關(guān)關(guān)(2)根據(jù)紙帶帶算出相相關(guān)各點(diǎn)點(diǎn)的速度度v，量出下下落的距距離h，以v2/2為縱軸，，以h為橫軸畫畫出的圖圖線應(yīng)是是圖實(shí)Ⅵ－6中的________．答案(1)天平、秒秒表毫毫米刻度度尺(2)C2．(2012·南寧統(tǒng)考考)某同學(xué)利利用如圖圖實(shí)Ⅵ－7甲所示的的實(shí)驗(yàn)裝裝置驗(yàn)證證機(jī)械能能守恒定定律．該該同學(xué)經(jīng)經(jīng)正確操操作得到到打點(diǎn)紙紙帶，在在紙帶后后段每兩兩個(gè)計(jì)時(shí)時(shí)間隔取取一個(gè)計(jì)計(jì)數(shù)點(diǎn)，，依次為為1、2、3、4、5、6、7，測量各各計(jì)數(shù)點(diǎn)點(diǎn)到第一一個(gè)打點(diǎn)點(diǎn)的距離離h，并正確確求出打打相應(yīng)點(diǎn)點(diǎn)時(shí)的速速度v.各計(jì)數(shù)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的的數(shù)據(jù)見見下表．．(1)請(qǐng)?jiān)趫D實(shí)實(shí)Ⅵ－7乙所示坐坐標(biāo)中，，描點(diǎn)作作出v2－h(huán)圖線；由由圖線可可知，重重錘下落落的加速速度g′＝________m/s2(保留三位位有效數(shù)數(shù)字)；(2)若當(dāng)?shù)氐牡闹亓蛹铀俣萭＝9.80m/s2，根據(jù)作作出的圖圖線，能能粗略驗(yàn)驗(yàn)證自由由下落的的重錘機(jī)機(jī)械能守守恒的依依據(jù)是________________．答案(1)如圖所示示9.75(9.69～9.79均可)(2)g′與g基本相等等3．(2013·湖南十二二校聯(lián)考考)某同學(xué)利利用豎直直上拋小小球的頻頻閃照片片驗(yàn)證機(jī)機(jī)械能守守恒定律律．頻閃閃儀每隔隔0.05s閃光一次次，圖實(shí)實(shí)Ⅵ－8中所標(biāo)數(shù)數(shù)據(jù)為實(shí)實(shí)際距離離，該同同學(xué)通過過計(jì)算得得到不同同時(shí)刻的的速度如如下表(當(dāng)?shù)刂亓α铀俣榷热?.8m/s2，小球質(zhì)質(zhì)量m＝0.2kg，結(jié)果保保留三位位有效數(shù)數(shù)字)：時(shí)刻t2t3t4t5速度(m/s)5.595.084.58(1)由頻閃照照片上的的數(shù)據(jù)計(jì)計(jì)算t5時(shí)刻小球球的速度度v5＝________m/s.(2)從t2到t5時(shí)間內(nèi)內(nèi)，重重力勢勢能增增加量量ΔEp＝______J，動(dòng)能能減少少量ΔEk＝________J.(3)在誤差差允許許的范范圍內(nèi)內(nèi)，若若ΔEp與ΔEk近似相相等，，從而而驗(yàn)證證了機(jī)機(jī)械能能守恒恒定律律．由由上述述計(jì)算算得ΔEp________ΔΔEk(選填“＞”“＜”或“＝”)，造成成這種種結(jié)果果的主主要原原因是是______________．答案(1)4.08(2)1.421.46(3)＜原原因見見解析析4．用如如圖實(shí)實(shí)Ⅵ－9所示的的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)裝置置驗(yàn)證證機(jī)械械能守守恒定定律．．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)所用用的電電源為為學(xué)生生電源源，有有輸出出電壓壓為6V的交流流電和和直流流電兩兩種．．重物物從高高處由由靜止止開始始下落落，重重物拖拖著的的紙帶帶上有有打出出的一一系列列點(diǎn)，，對(duì)紙紙帶上上的點(diǎn)點(diǎn)痕進(jìn)進(jìn)行測測量，，即可可驗(yàn)證證機(jī)械械能守守恒定定律．．(1)下面列列舉了了該實(shí)實(shí)驗(yàn)的的幾個(gè)個(gè)操作作步驟驟：A．按照照?qǐng)D實(shí)實(shí)Ⅵ－9所示的的裝置置安裝裝器件件；B．將打打點(diǎn)計(jì)計(jì)時(shí)器器接到到電源源的“直流輸輸出”上；C．用天天平測測出重重物的的質(zhì)量量；D．先釋釋放紙紙帶，，后接接通電電源；；E．測量量紙帶帶上某某些點(diǎn)點(diǎn)間的的距離離；F．根據(jù)據(jù)測量量的結(jié)結(jié)果計(jì)計(jì)算重重物下下落過過程減減少的的重力力勢能能是否否等于于增加加的動(dòng)動(dòng)能．．其中沒沒有必必要進(jìn)進(jìn)行的的步驟驟是________，操作作不當(dāng)當(dāng)?shù)牟讲襟E是是________．(2)利用這這個(gè)裝裝置也也可以以測量量重物物下落落的加加速度度a的數(shù)值值．根根據(jù)打打出的的紙帶帶，選選取紙紙帶上上的連連續(xù)的的五個(gè)個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測出各點(diǎn)點(diǎn)之間的距距離如圖實(shí)實(shí)Ⅵ－10所示．使用用交流電的的頻率為f，則計(jì)算重重物下落的的加速度的的表達(dá)式a＝________.(用x1、x2、x3、x4及f表示)(3)在驗(yàn)證機(jī)械械能守恒定定律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，，重物減小小的重力勢勢能總是大大于重物增增加的動(dòng)能能，其主要要原因是重重物和紙帶帶下落過程程中存在阻阻力作用，，可以通過過該實(shí)驗(yàn)裝裝置測阻力力的大?。粢阎?dāng)當(dāng)?shù)刂亓蛹铀俣葹間，還需要測測量的物理理量是________．試用這些些物理量和和紙帶上的的數(shù)據(jù)符號(hào)號(hào)表示重物物和紙帶在在下落的過過程中受到到的平均阻阻力大小Ff＝________.解析(1)步驟B是錯(cuò)誤的，，應(yīng)該接到到電源的“交流輸出”端；步驟C不必要，因因?yàn)楦鶕?jù)測測量原理，，重物的動(dòng)動(dòng)能和勢能能中都包含含了質(zhì)量m，可以約去去；步驟D是錯(cuò)誤的，，應(yīng)該先接接通電源，，待打點(diǎn)穩(wěn)穩(wěn)定后再釋釋放紙帶．．5．(2013·蘇北四星級(jí)級(jí)高中聯(lián)考考)用如圖實(shí)Ⅵ－11所示裝置驗(yàn)驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)統(tǒng)機(jī)械能守守恒．m2從高處由靜靜止開始下下落，m1上拖著的紙紙帶打出一一系列的點(diǎn)點(diǎn)，對(duì)紙帶帶上的點(diǎn)跡跡進(jìn)行測量量，即可驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能能守恒定律律．圖實(shí)Ⅵ－12給出的是實(shí)實(shí)驗(yàn)中獲取取的一條紙紙帶：0是打下的第第一個(gè)點(diǎn)，，每相鄰兩兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出出)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間間的距離如如圖所示．．已知m1＝50g、m2＝150g(g取9.8m/s2，所有結(jié)果果均保留三三位有效數(shù)數(shù)字)．(1)在紙帶上打打下計(jì)數(shù)點(diǎn)點(diǎn)5時(shí)的速度v5