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1、物理课标版第6讲实验：验证机械能守恒定律基础梳理基础梳理实验目的实验目的利用自由落体运动验证只有重力作用下的物体机械能守恒。实验原理实验原理1.在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重力势能转化为动能,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mv2,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。xn+1,由公式vn=或vn=算出,如图所示。实验器材实验器材铁架台(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)。2.计算打第n个点速度的方法:测出第n个点与相邻前后点间的距离xn
2、和实验步骤实验步骤1.安装置:按图将检查、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(1)用m=mghn验证时,应选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带。若1、2两点间的距离大于2mm,这是由于先释放纸带,后接通电源造成的。这样,第1个点就不是运动的起始点了,这样的纸带不能选。(2)用m-m=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
3、,这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2mm就无关紧要了,所以只要后面的点迹清晰就可选用。数据处理数据处理方法一:利用起始点和第n点计算。代入ghn和,如果在实验误差允许的条件下,ghn和相等,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-的值。(3)在实验误差允许的条件下,若g hA B=-,则验证了机械能守恒定律。方法三:图像法。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,并计算各点速度的平方v2,然后以v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出v2-h图线。若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线,则验
4、证了机械能守恒定律。误差分析误差分析1.本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器与纸带间的摩擦阻力)做功,故动能的增加量Ek稍小于重力势能的减少量Ep,即EkEk,所以空气阻力会造成EpEk,但表中为EkEp,因此不同意他的观点。(4)钢球球心和遮光条都绕悬点做圆周运动,但运动半径不同,因此分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,遮光条在光电门处的速度v=,则钢球的速度v=l,可以减小表中差异。方法指导方法指导(1)钢球高度的改变应为钢球球心间的高度差,因此应测球心间的竖直距离。(3)因存在空气阻力,因此重力势能的改变量应大于动能的改变量。(4)不同半径,同一圆心的
5、圆周运动,其线速度不同,故应将遮光条在光电门处的速度折算成钢球球心处的速度。(2016湖北武汉武昌调研,22)实验小组用细线做了如下实验,请完成填空:将细线一端固定,另一端系在弹簧测力计挂钩上,水平拉细线,缓慢增大拉力,当测力计示数如图甲时,细线刚好拉断。该细线能承受的最大拉力为N;甲用螺旋测微器测量一金属球的直径,读数如图乙,则该金属球直径为m;用完全相同的细线与该小球做成一个摆,细线上端固定在O点,如图丙,测出线长,再加上小球的半径,得到悬点O到小球球心的距离为1.0000m。乙丙在悬点O的正下方A点钉上一个光滑的钉子,再将小球拉起至细线水平且绷直,由静止释放小球,摆至竖直时,细线碰到钉子,为使细线不断裂,A与O的距离应满足的条件是:。(取重力加速度g=9.8m/s2,不计空气阻力)答案答案4.901.294710-2(1.29461.2948均可)AO小于0.5m解析解析弹簧测力计的读数为4.90N,则细线能承受的最大拉力为4.90N。螺旋测微器的读数为12.945mm,则金属球直径的大小为12.947mm,即为1.294710-2m。假 设O、A两点间的距离为x时细线刚好断裂,设小球到最低点时的速度为v,由机械能守恒定律有mgL=mv2,小球在最低点时,由牛顿第二定律有T-mg=m,解得x=0.5m,为了满足细线不断裂,则O、A两点间的距离应小于0.5m。