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实验:验证《机械能守恒定律》在线教案(2)

[日期:2019-10-8 9:29:31] [字体:特大 ]

    【实验名称】验证机械能守恒定律

    【实验目的】
  验证机械能守恒定律

  【实验原理】
  通过实验,求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量,若二者相等,说明机械能守恒,从而验证机械能守恒定律。

  【实验器材】
  打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根。
  

  【实验步骤】
  (1)安装器材:将打点计时器固定在铁架台上,用导线将打点计时器与低压电源相连。
  (2)打纸带:用手竖直提起纸带,使重物停靠在打点计时器下方附近,先接通电源,再松开纸带,让重物自由下落,打点计时器就在纸带上打出一系列的点,取下纸带,换上新的纸带重打几条(3~5条)纸带。
  (3)纸带处理:用两种方案验证机械能守恒
  ①若选第1点(起点)O点到某一点的下落过程,即用来验证,应选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。
  ②用验证时,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小于或接近2 mm就无关紧要了。

  【验证方案】
  方案一:利用起始点和第n点计算
  代入 ,如果在实验误差允许的范围内, 相等,则验证了机械能守恒定律。

  方案二:任取两点计算
  (1)任取两点A、B,测出hAB,算出mghAB
  (2)算出的值。
  (3)在实验误差允许的范围内,若,则验证了机械能守恒定律。

  方案三:图象法
  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,然后以为纵轴,以h为横轴,根据实验数据作出图线.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,则验证了机械能守恒定律。

  【实验结论】
  在误差允许的范围内,自由落体运动过程机械能守恒。

  【误差分析】
  (1)测量误差:减小测量误差的方法,一是测下落距离时都从0点量起,一次将各打点对应下落高度测量完,二是多测几次取平均值。
  (2)系统误差:由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功,故动能的增加量必定稍小于重力势能的减少量,改进办法是调整安装的器材,尽可能地减小阻力。

  【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)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,不能用 来计算。

  【达标练习】
  1、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50Hz,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(如图所示),把第一个点记作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,重力势能的减少量等于___ J,动能的增加量等于___ J.(结果取三位有效数字)
(2)根据以上数据,可知重物下落时的实际加速度a=____ m/s2,a_____g(填“大于”或“小于”),原因是___________。

  2、某实验小组利用图11示装置做“验证机械能守恒定律”实验,图12是他们选择的一条较理想的纸带,O点是打点计时器打出的第一个点,计数点A、B、C、D、E、F是纸带上相邻的点.他们测出了各点与O点的距离h后做出了必要的计算,测量和计算的记录见下表(计数点的速度用v表示)


  (1)测量某点与O点距离h的记录中不合理的一组是____(填写计数点名称).
  (2)计数点D、E、F与O点之间的距离分别是hD、hE、hF表示,打点计时器的打点周期用T表示,则打下计数点E时纸带的速度vE=____(用符号表示),重物运动的加速度a=____(用符号表示).
  (3)该小组的同学在坐标纸上建立如图13所示坐标系,标出了各组测量数据的坐标点,并在坐标系中画出v2-h图线.由图线可以判断计数点____的测量误差较大(填写计数点名称),据图线得到重力加速度g=____m/s2(保留三位有效数字)。

  (4)下列判断中正确的是( )
  A.在误差允许的范围内,该实验小组达到了实验目的
  B.该地的重力加速度比g测偏大
  C.他们实验操作过程中是先释放纸带然后再闭合打点计时器开关
  D.实验过程中阻力引起的误差属于系统误差

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