實驗：驗證機械能守恒定律

閱讀教材第74～75頁，“學生實驗：驗證機械能守恒定律”部分，知道實驗原理、實驗器材、實驗步驟及數(shù)據(jù)處理。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。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。mgh

mgh

實驗器材

鐵架臺(帶鐵夾)、_______________、重錘(帶紙帶夾子)、紙帶、復寫紙、導線、毫米刻度尺、_______________。電磁打點計時器

低壓交流電源

實驗過程一、實驗步驟1．安裝置：按圖將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，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__________，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復做3～5次實驗。3．選紙帶：選取點跡較為清晰且有兩點間的距離約為_______的紙帶，把紙帶上打出的兩點間的距離為2mm的第一個點作為起始點，記作O，在距離O點較遠處再依次選出計數(shù)點1、2、3……4．測距離：用刻度尺測出O點到1、2、3……的距離，即為對應下落的高度h1、h2、h3……靠近

接通電源

2

mm

二、數(shù)據(jù)處理原點g

誤差分析1．在進行長度測量時，測量及讀數(shù)不準造成誤差。2．重物下落要克服阻力做功，部分機械能轉(zhuǎn)化成_______，下落高度越大，機械能損失越多，所以實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)了各計數(shù)點對應的機械能依次略有減小的現(xiàn)象。3．由于交流電的周期不穩(wěn)定，造成打點時間間隔變化而產(chǎn)生誤差。內(nèi)能

注意事項1．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：

(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__________。

(2)應選用質(zhì)量和密度較_______的重物，增大重力可使阻力的影響相對_________，增大密度可以減小體積，使空氣阻力減小。摩擦阻力

大

減小

[例1]

如圖1為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖。現(xiàn)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?；卮鹣铝袉栴}：實驗原理與操作

[精典示例]圖1

(1)為完成此實驗，除了所給的器材外，還需要的器材有________。(填入正確選項前的字母) A．米尺

B．秒表

C．0～12V的直流電源

D．0～12V的交流電源

(2)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

B．將打點計時器接到電源的“直流輸出”上

C．用天平測出重錘的質(zhì)量

D．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

F．根據(jù)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?shù)牟襟E是________________。

(3)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有_______________________(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a的數(shù)值。根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出各點之間的距離如圖2所示。使用交流電源的頻率為f，則計算重錘下落的加速度的表達式a＝________________。(用x1、x2、x3、x4及f表示)圖2

[例2]

(2016·全國卷Ⅰ)某同學用圖3甲所示的實驗裝置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20Hz、30Hz和40Hz，打出紙帶的一部分如圖乙所示。該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數(shù)據(jù)和其他條件進行推算。實驗數(shù)據(jù)的處理

[精典示例]圖3

(1)若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：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為________，打出C點時重物下落的速度大小為________，重物下落的加速度大小為________。

(2)已測得s1＝8.89cm，