试验验证动能定理.doc

实验：利用自由落体运动验证动能定理（请注意本次实验内容与“验证机械能守恒定律”实验的实验原理、器材、理 论分析都是相同的，所以同学们慎重保管好此资料） 一．实验目的验证物体运动过程中，合外力做功等于物体动能的改变二．实验原理1.在只有重力做功的自由落体运动中若物体某时刻瞬时速度为v,下落高度为h,则重力 做功为 ，动能的增加量为 ，看它们在实验误差允许的范围内是否相等若相等则验证了动能定理.2.速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬.时.速.度.等.于.相.邻.两.点.间.的.平.均.速.度.如下图所示，计算打第n个点瞬时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内 下落的距离x和x鼻，则v = 若给出的数据是h和h鼻，则v = ＋1 ＋1重物（带纸带夹）.若使用电磁式打点计时器,其工作电压为V，打点周期为s；若使用电火花打点计时器，其工作电压为V，打点周期为s；3.实验器材铁架台（含铁夹）， ，学生电源，纸带，复写纸，导线， n【特别提醒】：① 公式中T指的是相邻计数点之间的时间间隔，任何题目肯定有明示或暗示的字词，对T的取值有说明：若直接以纸带上连续的点作为计数点，则T= s； 若以纸带上每 5 个点为一个计数点，（即在纸带上 A、B 之间还有 4 个点未标出），则T= s② 纸带上的数据是用刻度尺测出的物理量，单位通常是cm或mm,代入公式运算时，要注 意把其化成 m。

③ 注意看清问题的结果是保留“几位效数字”还是“小数点后几位”4•注意事项① .打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔 调整在 ，以减小摩擦阻力.② .应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小 体积，可使空气阻力减小．③ .实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，先 ，打点计时器工作稳定后，再 ．④ •测下落高度时，要从第一个打点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完.⑤ .如果不测出物体质量时，只需验证 = ghn也可以动能定理.其中g的大小与地理位置有关，实验前必须要查阅重力加速度表，找出当地重力加速度的具体数值⑥ .速度不能用v =gt或v = J2gh计算因为在匀加速直线运动中，牛顿运动定律与n * n动能定理逻辑上是统一的，一旦使用牛顿运动定律公式计算，其实已经无形中认定了动能定 理的正确性，再实验验证动能定理是否正确已经没有实验意义三. 实验步骤1. 仪器安装按图 5－6－2 所示将检查、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 的地方.先 ，后 ，让重物带着纸带自由下落.更换纸带重复做3〜5次实验.3. 选纸带。

本实验中，要尽量减小纸带摩擦力与空气阻力带来的影响从上述的3~5条纸带中，应选点 迹清晰，打点成一条直线，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带.四. 数据处理办法(2 种)(1) 方法1：利用起始点和纸带上的第n点假设o点为自由落体运动的起点，从o到n若测出o到n的距离hn ,算出n点的速度vn 则利用数据验证公式mgh = 1 mv2中的等号是否成立n 2 n2)方法2：任取两点计算AB• • ♦ • • * *•■■■(1) 任取两点A、B测出hAB,算出mghAB.11(2) 利用计算速度的办法分别算出A、B两点的速度vA和vB,再算出-mvB - mvA的值.(请思考：为什么要用Eka —Ekb?如何测出A点、B点速度，需要哪些数据？)(4)在实验误差允许的条件下，从A〜B,若mgh = 1 mv2 -1 mv2成立，则验证了机械能 AB 2 B 2 A守恒定律.五. 误差分析1.系统误差：本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服阻力做功，所以重力做功其实是 动能的改变量（填略大于，等于，略小于）这是不可避免的，属于系统误差，改 进的方法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．2．偶然误差：本实验的另一误差来源于长度的测量，属于偶然误差．减小误差的方法是测 量物体的下落距离时，所选的距离尽可能大一些，或者多次测量取平均值．【练习1】小明同学利用图所示的实验装置，进行“验证机械能守恒定律”的实验.（1）若该实验采用电火花打点计时器，则该打点计时器需要的是 电压（填直流交流），电压大小为 V。

2）若实验室没有给出重锤的质量，实验前 测量重锤的质量（填需要、不需要）小明按图中所示，正确安装好仪器后，合理的操作是：先 ,让打点计时器工作打点，再放手让重锤向下做 运动，然后 ，最后取下纸带，对纸带上的 点痕进行测量计算3）该实验需要用到重力加速度g的大小，获得方法是（）A. 查表找出当地重力加速度G的具体大小B. 利用纸带数据，先计算出G的大小C. g 取 9.8m/s2 D. g 取 10m/s2（4）小明同学选取以下的一段纸带，A、B、C、D、E为纸带上连 续的点，其中A为纸带上的第一个的点，现对AD段进行研究.其 中D点对应的速度VD= m/s;重物下落的高度为hAD= cm （全部结果保留3位有效数字）；假设重力加速小是否相等（填字．母．表达式）；24单位：cm>0.96^0-19^度为g,则还应计算 与 大（5） 利用以上纸带，小明同学经过计算后，发现实验结果误差较大请你找出小明实验时存 在的问题：安装实验装置时存在的问题是 .；研究纸带 时存在的问题是 ，导致实验误差可能 较大.【练习2】.在“验证机械能守恒定律” 的实验中，已知电磁打点计时器所用的 电源的频率为50 Hz,查得当地的重力 加速度g = 9.80 m/s2,测得所用的重物质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带（如图5—6 — 3所示），把第一个点记为O,另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.（1）根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力做功为 J,动能的增加量等于 J（以上数据均取取三位有效数字）.【练习 3】．（双选）在“利用自由落体运动验证动能定理”的实验中，以下步骤仅是实验中的 一部分，在这些步骤中多余的或错误的有（ ）A. 用天平称出重物的质量B. 把打点计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来C. 把纸带的一端固定到重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，把重物提升到一定高度D. 接通电源，待打点稳定后释放纸带【练习4】.（单选）利用图所示装置进行验证动能定理实验时，需要测量 物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度e和下落高度h.某班同学利 用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，其中正确的方案是（）A. 用刻度尺测出物体下落的高度h,并测出下落时间t,通过v=gt计算 出瞬时速度eB. 用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过e=7预计算出瞬时速度e打点直I m_l rui - 平-筑带计时弱|E. 用秒表测出重物下落的时间【练习5】.（2013届珠海模拟）在用打点计时 器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为 m = 1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在HfC * * *———► 23.23CJ1L- C.根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度e，并通过h=2g计算得出高度hD. 用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度e纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图5—6—7所示.O为第一个点,A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点.已知打点计时器每隔0.02 s打一个点,当地的重力加速度为g = 9.80 m/s2,那么：（1）根据图上所得的数据，应取图中O点到 点来验证机械能守恒定律；⑵从O点至I」（1）问中所取的点，重物重力势能的减少量AE = J，动能增加量AE,=pk J（结果取三位有效数字）；（3）若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度e及物体下落的高e2度h,则以q为纵轴，以h为横轴画出的图象是图中的. 11^。