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1、9 实验：验证机械能守恒定律 在自由落体运动中，物体只受重力，在自由落体运动中，物体只受重力，机械能守恒，若物体下落高度机械能守恒，若物体下落高度h h 时的速时的速度为度为v,v,则则h hv v一、实验原理一、实验原理铁架台（带铁夹）、铁架台（带铁夹）、打点计时器、学生电打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、源、纸带、复写纸、重物、刻度尺等。重物、刻度尺等。夹子夹子打点计时器打点计时器纸带纸带重物重物？铁架台铁架台二、实验器材：二、实验器材：1.1.按如图装置把打点计时器安装在铁按如图装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。电源连接
2、好。2.2.把把纸纸带带的的一一端端固固定定在在重重锤锤上上，另另一一端端穿穿过过计计时时器器限限位位孔孔，竖竖直直提提起起纸纸带带使使重重锤锤停停靠靠在在打打点点计计时时器器附附近近，纸纸带带上端用夹子夹住。上端用夹子夹住。3.3.接通电源，松开纸带接通电源，松开纸带，让重锤自由，让重锤自由下落，打点计时器就在纸带上打下一下落，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。系列的点。4.4.换几条纸带，重复上面的实验。换几条纸带，重复上面的实验。三、实验步骤三、实验步骤:5.5.在在打打好好点点的的纸纸带带中中挑挑选选第第一一、二二两两点点间间的的距距离离接接近近2mm2mm（为为什什么么？），且且点
3、点迹迹清清晰晰的的一一条条纸纸带带，在在起起始始点点标标上上0 0，选选定定距距起起始始点点远远一一些些的的点点(好好处处在在哪哪儿儿？)，依依次次标标上上1 1，2 2，3 3，用用刻刻度度尺尺测测出出对对应应下下落落高高度度h h1 1、h h2 2、h h3 36.6.计算各点对应的瞬时速度计算各点对应的瞬时速度v v1 1、v v2 2、v v3 3（如何算？如何算？）7 7计算各点对应的势能减少量计算各点对应的势能减少量mghmghn n和动能的增加量和动能的增加量 进行比较。进行比较。思考：思考：如何测量物体的瞬时速度如何测量物体的瞬时速度?v v0 0t tv vA At tv
4、vB Bv vC C 做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于这做匀变速运动的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。点前后相邻两点间的平均速度。2t2t如图所示：测定第如图所示：测定第n n点的瞬时速度的方点的瞬时速度的方法是：测出第法是：测出第n n点的相邻前、后两段相点的相邻前、后两段相等时间等时间T T内下落的距离内下落的距离s sn n和和s sn+1n+1，由公式由公式 ，或由，或由 算出。算出。Onsnsn+1dndn+1dn-11 1打打点点计计时时器器安安装装要要稳稳固固，必必须须使使两两纸纸带带限限位位孔孔在在同一竖直线上，以减小摩擦阻力同一竖直线上，以减小
5、摩擦阻力。2 2实实验验时时，必必须须先先接接通通电电源源，让让打打点点计计时时器器工工作作正正常常后，再松开纸带让重锤下落后，再松开纸带让重锤下落3.3.选用纸带选用纸带,应应选前两个点间的距离接近选前两个点间的距离接近2mm2mm的纸带。的纸带。四、注意事项四、注意事项:12h=gt2=9.80.022m 210-3m=2 mm124 4对重物的要求：密度大、质量大的实心物体，以减对重物的要求：密度大、质量大的实心物体，以减小运动中阻力的影响（使重力远大于阻力）。小运动中阻力的影响（使重力远大于阻力）。6 6因不需要知道动能和势能的具体数值，所以因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要
6、不需要测量重锤的质量。（处理数据时，作出测量重锤的质量。（处理数据时，作出 的图象）的图象）mgh=mv 212gh=v 212 如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。必须要知道物体的质量。5 5测量下落高度时，必须从测量下落高度时，必须从O O点开始。为了点开始。为了减小测量减小测量的相对误差，选取的计数点要离的相对误差，选取的计数点要离O O点适当远些点适当远些。五、误差分析：五、误差分析：（1 1）测高度）测高度h h时，必须时，必须从起点从起点O O测量测量，选取的计数点距离，选取的计数点距离O O点适当远一点，减小测
7、量的点适当远一点，减小测量的相对误差相对误差。（2 2）因为空气阻力做负功，存在系统误差，即物）因为空气阻力做负功，存在系统误差，即物体动能的增加量必小于重力势能的减小量。（选体动能的增加量必小于重力势能的减小量。（选用密度的实心重物可减小系统误差）用密度的实心重物可减小系统误差）思考：思考：可以回避起始点吗可以回避起始点吗?（即处理纸带时可以不用起始（即处理纸带时可以不用起始点吗？）点吗？）可以。可以。我们可以选取我们可以选取A A、B B两点，比较它们的机械能两点，比较它们的机械能E EA A和和E EB B。若以点。若以点B B为零势能点，则有：为零势能点，则有：E EkAkAmghmg
8、hE EkBkBhAB其他验证方法一：其他验证方法一：利用气垫导轨验证机械能守恒利用气垫导轨验证机械能守恒其他验证方法二：其他验证方法二：利用频闪照片验证机械能守恒利用频闪照片验证机械能守恒比例比例1:1 频闪时间间隔频闪时间间隔T1.1.为进行为进行“验证机械能守恒验证机械能守恒”实验，有下列器材可选实验，有下列器材可选用：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、秒表、低用：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、电键、天平，其中不必要的器材压直流电源、导线、电键、天平，其中不必要的器材是是_;_;缺少的器材是缺少的器材是 。秒表、天平、低压直流电源秒表、天平、低压直流电源低压
9、交流电源、刻度尺、重物低压交流电源、刻度尺、重物通过原点的直线通过原点的直线2.2.在验证机械能守恒定律时，如果以在验证机械能守恒定律时，如果以v v2 22 2为纵轴，以为纵轴，以h h为为横轴，根据实验数据绘出的图线应是横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。的数值。0hv 21 12 2g g3.3.“验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律”及及“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”这两个实验，它们的共同之处是（这两个实验，它们的共同之处是（）A A都要用打点计时器都要用打点计时器B B都要用天平测质量都要用天平测质量
10、C C都要用刻度尺测位移都要用刻度尺测位移D D都要计算瞬时速度都要计算瞬时速度ACAC4.4.在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，下列操作正确的实验中，下列操作正确的是（的是（）A A先释放重物，后接通电源先释放重物，后接通电源B B用秒表测量重物下落的时间用秒表测量重物下落的时间C C打完一条纸带后，立即切断电源打完一条纸带后，立即切断电源D D每打完一条纸带，移动复写纸的位置每打完一条纸带，移动复写纸的位置CDCD5.5.某次某次“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，用的实验中，用6V6V、50Hz50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，的打点
11、计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O O点点为重锤下落的起点，选取的计数点为为重锤下落的起点，选取的计数点为A A、B B、C C、D D，各计，各计数点到数点到O O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取度取9.8m/s9.8m/s2 2，若重锤质量为，若重锤质量为1kg1kg。打点计时器打出打点计时器打出B B点时，重锤下落的速度点时，重锤下落的速度v vB B=_m/s=_m/s，重，重锤的动能锤的动能E EkBkB=J J。从开始下落算起，打点计时器打从开始下落算起，打点计时器打B B点时，重锤的重力势能点时，重锤的重力势能减小量为减小量为 J J。根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出开始到打出B B点的过程中，得到的结论是点的过程中，得到的结论是 。1.1751.175 0.690.69 0.690.69 机械能守恒机械能守恒