高中物理實(shí)驗(yàn)六-驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

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1、實(shí)驗(yàn)——　驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．二、實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示，質(zhì)量為m的物體從O點(diǎn)自由下落，以地面作為零重力勢(shì)能面，如果忽略空氣阻力，下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)A和B的機(jī)械能守恒即mv＋mghA＝mv＋mghB圖1上式亦可寫(xiě)成mv－mv＝mghA－mghB.等式說(shuō)明，物體重力勢(shì)能的減少等于動(dòng)能的增加．為了方便，可以直接從開(kāi)始下落的O點(diǎn)至任意一點(diǎn)(如圖1中A點(diǎn))來(lái)進(jìn)行研究，這時(shí)應(yīng)有：mv＝mgh，即為本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式，式中h是物體從O點(diǎn)下落至A點(diǎn)的高度，vA是物體在A點(diǎn)的瞬時(shí)速度．三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，低壓交流電源，帶有鐵夾的

2、鐵架臺(tái)，紙帶，復(fù)寫(xiě)紙，帶夾子的重物，刻度尺，導(dǎo)線兩根．四、實(shí)驗(yàn)步驟1．安裝置：按圖2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(guò)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)器的圖2地方．先接通電源，后松開(kāi)紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落．更換紙帶重復(fù)做3～5次實(shí)驗(yàn)．3．選紙帶：分兩種情況說(shuō)明(1)用mv＝mghn驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，且1、2兩點(diǎn)間距離略小于或接近2mm的紙帶．(2)用mv－mv＝mgΔh驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢(shì)能的相對(duì)性，處理紙帶時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，只要后面的點(diǎn)跡

3、清晰就可選用．五、數(shù)據(jù)處理方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算9代入mghn和mv，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下，mghn和mv相等，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．方法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算(1)任取兩點(diǎn)A、B測(cè)出hAB，算出mghAB.(2)算出mv－mv的值．(3)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下，若mghAB＝mv－mv，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．方法三：圖象法從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出v2－h(huán)圖線．若在誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．

4、六、誤差分析1．本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過(guò)程中要克服各種阻力(如空氣阻力、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(shì)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(lái)源于長(zhǎng)度的測(cè)量，屬偶然誤差．減小誤差的辦法是測(cè)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(cè)量完，或者多次測(cè)量取平均值來(lái)減小誤差．七、注意事項(xiàng)1．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定的固定在鐵架臺(tái)上，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向，以減小摩擦阻力．2．應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小

5、，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減?。?．實(shí)驗(yàn)中，需保持提紙帶的手不動(dòng)，且保證紙帶豎直，待接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后，再松開(kāi)紙帶．4．測(cè)下落高度時(shí)，要從第一個(gè)打點(diǎn)測(cè)起，并且各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度要一次測(cè)量完．5．速度不能用vn＝gtn或vn＝計(jì)算，因?yàn)橹灰J(rèn)為加速度為g，機(jī)械能當(dāng)然守恒，即相當(dāng)于用機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，況且用vn＝gtn計(jì)算出的速度比實(shí)際值大，會(huì)得出機(jī)械能增加的結(jié)論，而因?yàn)槟Σ磷枇Φ挠绊?，機(jī)械能應(yīng)該減小，所以速度應(yīng)從紙帶上直接測(cè)量計(jì)算．同樣的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測(cè)量，而不能用hn＝gt或hn＝計(jì)算得

6、到．記憶口訣自由落體驗(yàn)守恒，阻力減小機(jī)械能.儀器固定豎直向，先開(kāi)電源物后放.9開(kāi)頭兩點(diǎn)兩毫米，從頭驗(yàn)證式容易.不管開(kāi)頭看清晰，任取兩點(diǎn)就可以.圖象驗(yàn)證也很好，關(guān)鍵記住兩坐標(biāo).例1　某實(shí)驗(yàn)小組在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，提出了如圖3所示的甲、乙兩種方案：甲方案為用自由落體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，乙方案為用小車在斜面上下滑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．　圖3(1)組內(nèi)同學(xué)對(duì)兩種方案進(jìn)行了深入的討論分析，最終確定了一個(gè)大家認(rèn)為誤差相對(duì)較小的方案，你認(rèn)為該小組選擇的方案是__________，理由是_______________________________.(2)若該小組采用圖甲

7、的裝置打出了一條紙帶如圖4所示，相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.02s，請(qǐng)根據(jù)紙帶計(jì)算出B點(diǎn)的速度大小為_(kāi)_______m/s.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖4(3)該小組內(nèi)同學(xué)根據(jù)紙帶算出了相應(yīng)點(diǎn)的速度，作出v2－h(huán)圖線如圖5所示，請(qǐng)根據(jù)圖線計(jì)算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝________m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)9圖5例2　為了測(cè)定木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，利用現(xiàn)有的器材：木板、木塊、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、秒表、砂桶與砂．如圖6所示，有人設(shè)計(jì)了下面三種實(shí)驗(yàn)方案：(1)設(shè)法使木板靜止，增減右面砂桶內(nèi)的砂，使木塊在木板上勻速運(yùn)動(dòng)，并測(cè)出木塊、砂與砂桶的重力；

8、(2)用手拉彈簧測(cè)力計(jì)保持其靜止、水平，然后用力F拉木板向左運(yùn)動(dòng)，并讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，稱出