1、實驗：驗證機械能守恒定律實驗：驗證機械能守恒定律一、實驗目的一、實驗目的1.會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度。會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度。2.掌握利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的原理和方法。掌握利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的原理和方法。mghmgh三、實驗器材三、實驗器材鐵架臺鐵架臺(帶鐵夾帶鐵夾)、_、重錘、重錘(帶夾子帶夾子)、紙帶、復寫紙、導線、毫、紙帶、復寫紙、導線、毫米刻度尺、米刻度尺、_。打點計時器打點計時器低壓交流電源低壓交流電源四、實驗步驟四、實驗步驟1.安裝置：安裝置：按圖將檢查、調整好的打點計時器豎直固定在鐵架按圖將檢查、調整好的打點計時

2、器豎直固定在鐵架臺上，接好電路。臺上，接好電路。2.打紙帶打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上；另一端穿過：將紙帶的一端用夾子固定在重物上；另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在_打點計時器的地方。先打點計時器的地方。先_，后松開紙帶，讓重物，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復做帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復做35次實驗。次實驗。靠近靠近接通電源接通電源3.選紙帶：選取點跡較為清晰且開場的兩點間距離約為選紙帶：選取點跡較為清晰且開場的兩點間距離約為_的紙帶，把紙的紙帶，把紙帶上打出的第一個點作為起始點，記作帶上打出的第

3、一個點作為起始點，記作O，在距離，在距離O點較遠處再依次選出計數點較遠處再依次選出計數點點1、2、34.測距離：用刻度尺測出測距離：用刻度尺測出O點到點到1、2、3的距離，即為對應下落的高度的距離，即為對應下落的高度h1、h2、h32 mm五、數據處理五、數據處理1.計算各點對應的瞬時速度：記下第計算各點對應的瞬時速度：記下第1個點的位置個點的位置O，在紙帶上從離，在紙帶上從離O點適當距離開場點適當距離開場選取幾個計數點選取幾個計數點1、2、3并測量出各計數點到并測量出各計數點到O點的距離點的距離h1、h2、h3再根再根據公式據公式vn_，計算出，計算出1、2、3、4、n點的瞬時速度點的瞬時速

4、度v1、v2、v3、v4vn。原點原點g六、誤差分析六、誤差分析1.在進展長度測量時，測量及讀數不準造成誤差。在進展長度測量時，測量及讀數不準造成誤差。2.重物下落要抑制阻力做功，局部機械能轉化成重物下落要抑制阻力做功，局部機械能轉化成_，下落高度越大，機械能損失，下落高度越大，機械能損失越多，所以實驗數據出現了各計數點對應的機械能依次略有減小的現象。越多，所以實驗數據出現了各計數點對應的機械能依次略有減小的現象。3.由于交流電的周期不穩定，造成打點時間間隔變化而產生誤差。由于交流電的周期不穩定，造成打點時間間隔變化而產生誤差。七、本卷須知七、本卷須知1.應盡可能控制實驗滿足機械能守恒的條件，

5、這就要求盡量減小各種阻力的影響，采應盡可能控制實驗滿足機械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：取的措施有：(1)安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，以減小安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，以減小_。(2)應選用質量和密度較應選用質量和密度較_的重物，增大重力可使阻力的影響相對的重物，增大重力可使阻力的影響相對_，增大密，增大密度可以減小體積，使空氣阻力減小。度可以減小體積，使空氣阻力減小。內能內能摩擦阻力摩擦阻力大大減小減小實驗原理與操作實驗原理與操作試題案例試題案例例例1 如圖如圖1為驗證為驗證“機械能守恒定律的實驗裝置示意圖。現有的器材

6、為：帶鐵夾的機械能守恒定律的實驗裝置示意圖。現有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平。答復以下問題：鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平。答復以下問題：圖圖1(1)為完成此實驗，除了所給的器材外，還需要的器材有為完成此實驗，除了所給的器材外，還需要的器材有_。(填入正確選項前填入正確選項前的字母的字母)A.米尺米尺B.秒表秒表C.012 V的直流電源的直流電源D.012 V的交流電源的交流電源(2)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：A.按照圖示的裝置安裝器材按照圖示的裝置安裝器材B.將打點計時器接到電源的將打點計時器接到電

7、源的“直流輸出上直流輸出上C.用天平測出重錘的質量用天平測出重錘的質量D.先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶E.測量紙帶上某些點間的距離測量紙帶上某些點間的距離F.根據測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能根據測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能其中操作不當的步驟是其中操作不當的步驟是_。(3)實驗中誤差產生的原因有實驗中誤差產生的原因有_(寫出兩個原因寫出兩個原因)。(4)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數值。根據打出的紙帶，選取紙帶的數值。根據打出的紙帶，選取

8、紙帶上連續的五個點上連續的五個點A、B、C、D、E，測出各點之間的距離如圖，測出各點之間的距離如圖2所示。使用交流電源的所示。使用交流電源的頻率為頻率為f，那么計算重錘下落的加速度的表達式，那么計算重錘下落的加速度的表達式a_。(用用x1、x2、x3、x4及及f表表示示)圖圖2解析解析(1)為完成此實驗，除了所給的器材外，還需要米尺、為完成此實驗，除了所給的器材外，還需要米尺、012 V的交流電源。的交流電源。(2)其中操作不當的步驟是將打點計時器接到電源的其中操作不當的步驟是將打點計時器接到電源的“直流輸出上，打點計時器需直流輸出上，打點計時器需要交流電源。要交流電源。(3)紙帶與打點計時器

9、之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測量紙帶上點的位置時讀數紙帶與打點計時器之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測量紙帶上點的位置時讀數有誤差；計算重力勢能變化時，選取初、末兩點距離過近；交流電源頻率不穩定等。有誤差；計算重力勢能變化時，選取初、末兩點距離過近；交流電源頻率不穩定等。答案答案(1)AD(2)B(3)紙帶與打點計時器之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測量紙紙帶與打點計時器之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測量紙帶上點的位置時讀數有誤差；計算勢能變化時，選取初、末兩點距離過近；交流電源帶上點的位置時讀數有誤差；計算勢能變化時，選取初、末兩點距離過近；交流電源頻率不穩定頻率不穩定針對訓練針對訓練1 (2

10、021寧波高一檢測寧波高一檢測)在在“驗證機械能守恒定律的實驗中：驗證機械能守恒定律的實驗中：(1)以下物理量中需要用工具直接測量的有以下物理量中需要用工具直接測量的有()A.重物的質量重物的質量B.重力加速度重力加速度C.重物下落的高度重物下落的高度D.與重物下落高度對應的重物的瞬時速度與重物下落高度對應的重物的瞬時速度解析解析(1)在在“驗證機械能守恒定律的實驗中，只需要用刻度尺測量重物下落的高驗證機械能守恒定律的實驗中，只需要用刻度尺測量重物下落的高度，重物的質量不用測量，重力加速度不需要測量，通過計算可以得到與重物下落高度，重物的質量不用測量，重力加速度不需要測量，通過計算可以得到與重

11、物下落高度對應的重物的瞬時速度。應選度對應的重物的瞬時速度。應選C。答案答案(1)C(2)過原點的傾斜直線重力加速度過原點的傾斜直線重力加速度g實驗數據的處理實驗數據的處理試題案例試題案例例例2 (2021襄陽高一檢測襄陽高一檢測)某同學做某同學做“驗證機械能守恒定律實驗時，不慎將一條挑選驗證機械能守恒定律實驗時，不慎將一條挑選出的紙帶的一局部損壞，損壞的是前端局部，剩下的一段紙帶上各相鄰點間的距出的紙帶的一局部損壞，損壞的是前端局部，剩下的一段紙帶上各相鄰點間的距離已測出標在圖中，單位是離已測出標在圖中，單位是cm。打點計時器工作頻率為。打點計時器工作頻率為50 Hz，重力加速度，重力加速度

12、g取取9.8 m/s2。圖圖3(1)重物在重物在2點的速度點的速度v2_，在，在5點的速度點的速度v5_，此過程中動，此過程中動能增加量能增加量Ek_，重力勢能減少量，重力勢能減少量Ep_。由以上可得出實。由以上可得出實驗結論驗結論_。(2)重物獲得的動能往往重物獲得的動能往往_(填填“大于大于“小于或小于或“等于等于)減少的重力勢能，減少的重力勢能，實驗中產生系統誤差的原因是實驗中產生系統誤差的原因是_。(3)根據實驗判斷以下圖像正確的選項是根據實驗判斷以下圖像正確的選項是(其中其中Ek表示重物動能的變化量，表示重物動能的變化量，h表示物表示物體下落的高度體下落的高度)()(2)由于紙帶受到

13、摩擦力作用，需抑制摩擦力做功，所以獲得的動能小于減少的重由于紙帶受到摩擦力作用，需抑制摩擦力做功，所以獲得的動能小于減少的重力勢能。力勢能。(3)重物機械能守恒，重物減少的重力勢能轉化為增加的動能，即重物機械能守恒，重物減少的重力勢能轉化為增加的動能，即Ekmgh，可，可見重物增加的動能與下落的距離成正比，選項見重物增加的動能與下落的距離成正比，選項C正確。正確。答案答案(1)1.50 m/s2.075 m/s1.03m J1.06m J在誤差允許的范圍內，機械能在誤差允許的范圍內，機械能守恒守恒(2)小于紙帶受到摩擦力作用小于紙帶受到摩擦力作用(3)C針對訓練針對訓練2 某同學用圖某同學用圖

14、4甲所示的實驗裝置甲所示的實驗裝置“驗證機械能守恒定律，其中打點計時驗證機械能守恒定律，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和和40 Hz，打出紙帶的一局，打出紙帶的一局部如圖乙所示。該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率部如圖乙所示。該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數據和其他，需要用實驗數據和其他條件進展推算。條件進展推算。圖圖4(1)假設從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用假設從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖乙中給出的物理量可以寫出：和圖乙中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出在打點計時器打出

15、B點時，重物下落的速度大小為點時，重物下落的速度大小為_，打出，打出C點時重物下落的速點時重物下落的速度大小為度大小為_，重物下落的加速度大小為，重物下落的加速度大小為_。(2)已測得已測得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當地重力加速度大小為；當地重力加速度大小為9.80 m/s2，實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出。由此推算出f為為_Hz。實驗創新設計實驗創新設計試題案例試題案例例例3 (2021青島高一檢測青島高一檢測)利用如圖利用如圖5所示實驗裝置來所示實驗裝置來“驗證機械能守恒定律。通過驗證機械

16、能守恒定律。通過電磁鐵控制的小鐵球從電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落，下落過程中小鐵球經過光電門點自由下落，下落過程中小鐵球經過光電門B時，毫秒計時，毫秒計時器時器(圖中未畫出圖中未畫出)記錄下小鐵球的擋光時間記錄下小鐵球的擋光時間t。實驗前調整光電門位置，使小球下。實驗前調整光電門位置，使小球下落過程中，小鐵球球心垂直細激光束通過光電門，當地重力加速度為落過程中，小鐵球球心垂直細激光束通過光電門，當地重力加速度為g。圖圖5(1)為了驗證小鐵球下落過程中機械能是否守恒，還需要測量的物理量是為了驗證小鐵球下落過程中機械能是否守恒，還需要測量的物理量是_。A.A點距地面的高度點距地面的高度HB.A

17、、B之間的距離之間的距離hC.小鐵球從小鐵球從A到到B的下落時間的下落時間tABD.小鐵球的直徑小鐵球的直徑d(2)小鐵球通過光電門時的瞬時速度小鐵球通過光電門時的瞬時速度v_；要驗證小鐵球下落過程中機械能；要驗證小鐵球下落過程中機械能是否守恒，只需驗證等式是否守恒，只需驗證等式_是否成立即可是否成立即可(用實驗中測得物理量的符號用實驗中測得物理量的符號表示表示)。解析解析(1)根據實驗原理可知，需要測量的是根據實驗原理可知，需要測量的是A點到光電門點到光電門B的距離，故的距離，故A錯誤，錯誤，B正正確；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度，不需要測量下落時間，故確；利用小球通過光電門的

18、平均速度來代替瞬時速度，不需要測量下落時間，故C錯誤；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度時，需要知道擋光物體的尺錯誤；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度時，需要知道擋光物體的尺寸，因此需要測量小球的直徑，故寸，因此需要測量小球的直徑，故D正確。正確。針對訓練針對訓練3 現利用如圖現利用如圖6所示裝置驗證機械能守恒定律。圖中所示裝置驗證機械能守恒定律。圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30，1和和2是固定在斜是固定在斜面上適當位置的兩個光電門，與它們連接的光電計時器都沒面上適當位置的兩個光電門，與它們連接的光電計時器都沒有畫出。讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門有畫出。讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的各自連接的光電計時器顯示的擋光時間分別為光電計時器顯示的擋光時間分別為5.00102 s、2.00102