第九节 实验 验证机械能守恒定律(2)

验证自由下落过程中机械能守恒，图示纸带的左端是用夹子夹重物的一端。验证机械能守恒定律012345⑴要多做几次实验，选点迹清楚，且第一、二两点间距离接近2mm的纸带进行测量。⑵用刻度尺量出从0点到1、2、3、4、5各点的距离h1、h2、h3、h4、h5，利用“匀变速直线运动中间时刻的即时速度等于该段位移内的平均速度”，算出2、3、4各点对应的即时速度v2、v3、v4，验证与2、3、4各点对应的重力势能减少量mgh和动能增加量mv2/2是否相等。⑶由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是使221mvmgh⑷本实验不需要测重物的质量。例1.“验证牛顿第二定律”及“验证机械能守恒定律”这两个实验，它们的共同之处是()A．都要用打点计时器B．都要用天平测质量C．都要用刻度尺测位移D．都要计算瞬时速度AC练习1.在《验证机械能守恒定律》的实验中，需直接测量的物理量是()A．重物的质量B．重力加速度C．重物下落的高度D．与下落高度对应的重物的瞬时速度C例2.在《验证机械能守恒定律》的实验中，下列操作正确的是()A．先释放重物，后接通电源B．用秒表测量重物下落的时间C．打完一条纸带后，立即切断电源D．每打完一条纸带，活动复写纸位置CD练习2.在验证机械能守恒定律的实验中要用到的器材和测量仪器有________．A．打点计时器B．低压交流电源C．秒表D．重锤E．铁架台和复夹F．纸带G．刻度尺H．天平ABDEFG例3.在下面三个力学实验中A．验证牛顿第二定律B．验证机械能守恒定律C．碰撞中的动量守恒(1)实验中要使用打点计时器的有_____________．(2)实验中要求物体通过某点即时速度的有_____________．(3)实验中必须用天平测物体质量的有_____________．(4)实验中要用刻度尺量长度的有_____________．(5)实验中需要平衡摩擦力的有_______________．ABBACABCA练习3.在“验证机械能守恒定律”的实验中：(1)现有器材是：打点计时器；低压电源；纸带；带夹子的重物；刻度尺；天平；导线；铁架台。其中该实验不需要的器材是______。(2)实验中，要从几条打上点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近_____mm并且点迹清晰的纸带进行测量。(3)某学生在实验中器材安装正确，操作规范，所用交流电的频率为50Hz，但验证结果是重物增加的动能稍小于它减少的重力势能，其主要原因是_______________________________________。天平h=gt2/2=10×0.022/2=0.002m=2mm纸带受到的摩擦和空气阻力做负功例4．某学生在验证机械能守恒定律的实验中有如下操作步骤，试按合理的顺序步骤序号填在下面的线上：____________________________________．A．断开电源，取下纸带，选出前两个点间距离接近2mm的纸带；B．把纸带固定在重锤上；C．将纸带穿过打点计时器，并把纸带上提使重锤停在靠近打点计时器的地方；D．把打点计时器固定在放于桌边的铁架台上，并与低压交流电源相连接；E．接通电源，同时释放纸带；F．求出重锤重力势能的减少量△EP和动能的增加量△EK，比较△EP和△EK得出实验结论；G．用刻度尺量出所选取的计数点到打下的第一个点0之间的距离．DBCEAGF练习4．在验证机械能守恒定律的实验中：A．带重锤的纸带穿过打点计时器，用手将纸带竖直提起B．用天平测出重锤的质量C．把打点计时器竖直固定在铁架台上D．把打点计时器接上低压交流电源E．松开纸带，使重锤自由下落F．闭合电键G．重做几次，选出第一、二点间距离接近2mm，点子清晰的纸带H．在纸带上，记下第一个点的位置0，并在纸带上依次选取几个点标出0、1、2、3……I．计算出与各点对应的速度V1、V2……和测出各点到0点的距离h1、h2……把数据填入表格J．算出重物运动到点1、2、3……时减少的重力势能以及增加的动能，进行验证．在上述步骤中不必要的是____________________．将必要的步骤前面的字母按合理的顺序排列出来，______________________________________．C、D、A、F、E、G、H、I、JB例5.在用自由落体运动验证机械能守恒定律的实中，(1)若用公式v=gt计算瞬时速度进行验证，打点计时器所接交流的频率为50Hz，甲、乙两条实验纸带，应选________________纸带为好（图）(2)若通过测量纸带上某两点间距离来计算瞬时速度进行验证的话，设已测得点2到4点之间距离为S1，点0到点3之间距离为S2，打点周期为T，为验证自重物开始下落到打点计时器打下点3这段时间内机械能守恒，实验结果应满足S1、S2、T之间的关系为_______________________．(3)重物选取的原则应是_________________________甲S2=S12/(8gT2)重力远远大于阻力练习5.在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，物体从静止落下，并在纸带上打下从0开始的一系列的点，已知所用电源频率为50Hz，每打5个点取一个计数点，各计数点与第一个点0之间的距离见下表点序号01234距离(cm)05.0019.8544.6078.90(1)则实验所测重力加速度值为__________________；(2)计数点2所对应的即时速度值为___________________；(3)实验中是否需要测出重物质量?_____________；因为___________．9.77m/s2197.95cm/s不需要实验并不需要知道动能和势能的具体数值,根据mgh=mv2/2可消去m例6.为了验证物体在自由下落过程中机械能是守恒的，将m=0.5kg的重物系上一纸带，并将纸带穿过打点计时器，当重物自由下落时，得到如图所示的记录纸带，已知打点周期T=0.02s（设当地的重力加速度g=9.9m/s2）①计算打A、B两点时重物下落的速率VA=_________________，VB=_____________．②以A、B两点为例，验证机械能是否守恒?△Ek=_____________，mgh=_______________．结论_____________________________．1.5m/s2.1m/s0.54J0.53J在误差允许范围内机械能守恒．练习6.斜面长100cm，高60cm，某同学以质量为400g的小车沿斜面下滑来验证机械能守恒定律，他从记录小车运动的打点纸带上选取了A、B、C、D四个计数点，已知每相邻两点间对应的时间间隔为0.1s，A与B、B与C、C与D之间的距离分别为10cm、15cm、20cm，则小车由纸带上对应打B点时运动到打C点时，小车动能增加了_________________J，重力势能减小了__________________J．实际上此过程机械能并不守恒是由于_____________________，若减小斜面倾角，将使本实验的误差__________．（填“增大”、“减小”、“不变”）．增大0.30.35摩擦力对小车做了功例七.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,查得当地的重力加速度g=9.80m/s2,测得所用的重物的质量为1.00kg,实验运用公式mv2/2=mgh时,从几条打上点的纸带中挑选第一第二点间的距离接近______mm并且点迹清楚的纸带（如图所示）进行测量，把第一个点记作O，另选连续的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19.63cm,23.74cm、28.22cm、33.12cm。根据以上数据，可知重物由O点运动到B点，重力势能的减少量等于_____J，动能的增加量等于_______J．(取3位有效数字).22.332.31练习7.在重锤带动纸带自由下落，用打点计时器验证机械能守恒的实验时，打点计时器打出的纸带如下图所示．重锤的质量用m表示，根据纸带上的数据，重锤在B点的动能是__________________，重锤在E点的动能是_____．在上述过程中，重锤重力势能变化是______________．（记数点A、B、C……F均为相邻的打点）2.47m(J)3.94m(J)1.48m(J)练习8.在验证机械能守恒定律时，将重物自由下落，纸带记录如图所示．（计算结果取2位有效数字）T=0.02s图中纸带左端为与重物相连端，0点为重物静止时所记录的点，ABC三个记数点为打点计时之点，则重物下落hB距离时，其速度VB可用计算式VB=_________进行计算，根据图示数据求出VB=__________m/s；重物重力势能减少量为___________，动能增加量为__________________，两者不完全相同的原因是__________________．实验中需要的测量仪器是_____________________________．(AB+BC)/2T1.61.5J1.3J打点计时器,刻度尺下落过程中,重物克服摩擦和空气阻力做功,部分机械能转化为内能