实验06 验证机械能守恒定律(解析版)
9页1、实验六验证机械能守恒定律(解析版)1.实验原理(1)在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重力势能和动能互相转化,但总的机械能保持不变,若物体某时刻瞬时速度为v,下落高度为h,则重力势能的减少量为mgh,动能的增加量为12mv2,看它们在实验误差允许的范围内是否相等,若相等则验证了机械能守恒定律。(2)计算点n速度的方法:测出点n与相邻前后点间的距离xn和xn+1,如图所示,由公式vn=xn+xn+12T或vn=hn+1-hn-12T算出。2.实验器材铁架台(含铁夹),打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,导线,毫米刻度尺,重物(带纸带夹)。3.实验步骤(1)安装置: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,让重物带着纸带自由下落,更换纸带重复做35次实验。 (3)选纸带:分两种情况说明用12mvn2=mghn验证时,应选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。若1、2两点间的距离大于2 mm,这是由先释放纸带,后接通
2、电源造成的,这样,第1个点就不是运动的起始点了,这样的纸带不能选。用12mvB2-12mvA2=mgh验证时,由于重力势能的相对性,处理纸带时,选择适当的点为基准点,这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了,只要后面的点迹清晰就可选用。4.数据分析方法一:利用起始点和第n点计算。代入ghn和12vn2,如果在实验误差允许的情况下,ghn=12vn2,则验证了机械能守恒定律。方法二:任取两点计算。(1)任取两点A、B,测出hAB,算出ghAB;(2)算出12vB2-12vA2的值;(3)在实验误差允许的情况下,若ghAB=12vB2-12vA2,则验证了机械能守恒定律。方法三:图象法。从纸带上选取多个点,测量从第一点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的二次方v2,然后以12v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出12v2-h图线,若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线,则验证了机械能守恒定律。5.注意事项(1)打点计时器要竖直:安装打点计时器时要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直平面内,以减少摩擦阻力。(2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。(
3、3)应先接通电源,让打点计时器正常工作,后松开纸带让重物下落。(4)测长度,算速度:某时刻的瞬时速度的计算应用vn=hn+1-hn-12T,不能用vn=2ghn或vn=gt。【典例1】在验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v0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。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 v0B.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v=2gh计算出瞬时速度v0C.根据做匀加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v0,并通过计算得出高度hD.用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀加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v0以上方案中只有一种正确,正确的是(填入相应的字母)。【解析】A、B两项中用重力加速度g计算末速度,相当于已经确认该过程中机械能守恒,故A、B两项错误;高度h应该用刻度尺测出,故C项错误,D项正确。【答案】D【针对训练1】在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中,所
4、用电源的频率为50 Hz,依次打出的点为0,1,2,3,4,n。则: (1)如用点2到点6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.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,vnF.分别算出12mvn2和mghn,在实验误差范围内看是否相等【解析】(1)要验证从点2到点6之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒,应测出点2到点6的距离h26,要计算点2和点6的速度v2和v6,必须测出点1到点3之间的距离h13和点5到点7之间的距离h57,机械能守恒的表达式为mgh26=12mv62-12mv22。(2)实验操作顺序为ADBCEF。【答案】(1)点2到点6之间的距离h26点1到点3之间的距离h13点5到点7之间的距离h57点2的瞬时速度v
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