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高中物理实验基础与实战:7-验证机械能守恒定律 含答案 精品

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知识创新型实验。例如设计型、开放型、探讨型实验等都有不同程度的创新,比如利用 所学知识设计出很多测量重力加速度的实验方案。 其中, 力学设计性实验在*年高考中有加 强的趋势,应引起高度重视。 【实验目的】 验证机械能守恒定律 【实验原理】 在只有重力作用的自由落体运动中, 物体的重力势能和动能可以互相转化, 但总机械能 守恒。 方法(1) :若某一时刻物体下落的瞬时速度为 v,下落高度为 h,则应有:错误!未找 到引用源。 ,借助打点计时器,测出重物某时刻的下落高度 h 和该时刻的瞬时速度 v,即可 验证机械能是否守恒 ,实验装置如图 7-1: 方法(2) :任意找两点 A、B,分别测出两点的速度大小 vA、vB 以及两点之间的距离 d。若 物体的机械能守恒,应有 。 测定第 n 点的瞬时速度的方法是:测出第 n 点的相邻前、后两段相等时间 T 内下落的距离 Sn 和 Sn+1,由公式错误!未找到引用源。 ,或由错误!未找到引用源。算出。 【实验器材】 铁架台(带铁夹) ;打点计时器;重锤(带纸带夹子) ;纸带数条;复写纸片;导线;毫米刻 度尺。 除了上述器材外,还必须有 【实验步骤】 1、按图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电源连接好。 2、把纸带的一端在重锤上用夹子固定好,另一端穿过计时器限位孔,用手竖直提起纸带使 重锤停靠在打点计时器附*。 。 2、 接通电源,松开纸带,让重锤自由下落。 3、 重复几次,得到 3~5 条打好点的纸带。 4、 在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接* 2mm,且点迹清晰的一条纸带,在 起始点标上 0,以 后各依次标 1,2,3,……用刻度尺测出对应下落高度 h1、h2、h3、……。 5、 应用公式错误!未找到引用源。计算各点对应的即时速度 v1、v2、v3、……。 6、 计算各点对应的势能减少量 mgh。和动能的增加量错误!未找到引用源。 ,进行比较。 【注意事项】 1、打点计时器安装时,必须使两纸带限拉孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力。 2、实验时,需保持提纸带的手不动,待接通电源、让打点计时器工作正常后才松开纸带让 重锤下落,以保证第一个点是一个清晰的小点。 3、测量下落高度时,都必须从起始点算起,不能搞错,为了减小测量值 h 时的相对误差, 选取的各个计数点要离起始点远一些,纸带也不宜过长,有效长度可在 60cm~80cm 以内。 4、 因不需要知道动能和势能的具体数值,所以不需要测量重物的质量。 【实验数据记录和处理】 用方法(1)验证重物做自由落体运动时,机械能是否守恒。 贴纸带处 表 6-1 序号 hi/m vi/m· s-1 mghi/J 错误!未 找到引 用源。 mvi2/J 1 2 3 结 4 5 论: 。 用方法(2)验证重物做自由落体运动时,机械能是否守恒。 (自己设计表格) 【问题与讨论】 1.打点计时器安装时,必须使两纸带限位孔在同一竖直线上,为什么?实验时必须选 用质量较大的重锤,为什么? 2.动能和重力势能都跟物体的质量有关,本实验为什么不称物体的质量? 3.本实验要用到重力加速度 g。g 取 9.8m/s2 呢?还是取当地的重力加速度值?或者通 过实验打出的纸带,用错误!未找到引用源。计算出来? 误差分析: 本实验采取分析纸带的方法求每一点的瞬时速度, 即物体下落的实际速度. 由于摩擦阻 力的存在, 利用所测速度计算的动能的增加总略小于重力势能的减少, 这是产生系统误差的 主要原因,另外,用刻度尺测纸带上点与点间距离时,也可能造成误差. 【基础练*】 1. 在验证机械能守恒定律的实验中, 对于自由下落的重物, 下述选择的条件哪种更为有利? ( ) A.只要足够重就可以。 B.只要体积足够小就可以。 C.既要足够重,又要体积非常小。 D.应该密度大些,还应便于夹紧纸带,使纸带随同运动时不致扭曲。 2.本实验中,除铁架台、铁夹、学生电源、纸带和重物外,还需选用下述仪器中的哪几种? A.秒表 B.刻度尺 C.天* D.打点计时器 3.验证机械能守恒定律的实验步骤编排如下,其中有些是必要的,有些是错误的。根据实 验,请选出必要的步骤,并按正确的操作顺序把它们前面的字母填写在题后的空格上。 (A) 用天*称出重锤的质量; (B) 把纸带固定到重锤上,并把纸带穿过打点计器,然后提升到一定高度; (C) 拆掉导线,整理仪器; (D) 断开电源,调换纸带,重做两次; (E) 用秒表测出重锤下落的时间; (F) 在三条纸带中选出合适的一条,用直尺测出记数点与起点的距离,记录数据,并计 算出结果,得出结论; (G) 把打点计时器接到低压交流电源上; (H) 接通电源,释放纸带; (I) 把打点计时器固定在桌边的铁架台上。 4.在“验证机械能守恒定律”的实验中,已知打点计时器所用电源的频率为 50Hz。查得当地 的重加速度 g=9.80m/s2, 测得所用的重物的质量为 1.00kg。 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,在纸带上另取连续 4 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 62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。根 据以上数据,可知重物由 O 点到运动 C 点,重力势能减少量等于________J,动能的增加量 等于________J。 (取 3 位有效数字) 【基础练*答案】 1. D 2. BD 3. I、G、B、H、D、F、C 4. 7.62J,7.57J 【实战提升】 1. (2018 海南卷). 【题号:3200001795】现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置 如图 1 所示:水*桌面上固定一倾斜的气垫导轨;导轨上 A 点处有一带长方形遮光片的滑 块,其总质量为 M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为 m 的砝码相连;遮光片 两条长边与导轨垂直; 导轨上 B 点有一光电门,



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