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高中物理大一轮复习第06章能量守恒 导学案 25(实验05 验证机械能守恒定律)


ECNU LEX 高中物理大一轮复习第 06 章能量守恒 导学案 25 实验 05 验证机械能守恒定律 Lex Li 实验目的: 利用自由落体运动验证在只有重力作用情况下的物体机械能守恒. 实验原理: 01、 在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重力势能和动能互相转化,但总的 保持不变.若物体某时刻的瞬时速度为 v,下落高度为 h,则重力势能的减少量为,动能的增加 量为,看它们在实验误差允许的范围内是否相等,若相等则验证了机械能守恒定律. 02、如图所示,计算打第 n 个点时速度的方法:测出第 n 个点与相邻前后点间的距离 xn 和 xn +1 hn+1-hn-1 ,由公式 vn=或 vn= 算出. 2T 实验器材: 铁架台(含铁夹),打点计时器, ,纸带,复写纸,导线, ,重物(带纸带夹). 实验步骤: 01、安装、准备:按如图装置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.把纸带的一端用夹子固定在重物上,另一端 穿过计时器限位孔,用手竖直提起纸带使重物停靠在. 02、打纸带:先,后,让重物带着纸带自由下落,这样计时器就在纸带 上打下了一系列点,更换纸带重复上述步骤做 3~5 次实验. 03、选纸带:分两种情况来说明 1 2 (1)用 mv =mgh 来验证时,应选点迹清晰,且 1、2 两点间距离小于或接近 2 mm 的纸带.若 2 1、2 两点间的距离大于 2 mm,这是由于先释放纸带,后接通电源造成的.这样,第 1 个点就不 是运动的起始点了,这样的纸带不能选. 1 2 1 2 (2)用 mvB- mvA=mgΔh 验证时,由于重力势能的相对性,处理纸带时,应选择适当的点 2 2 作为基准点,这样纸带上打出的第 1、2 两点间的距离是否为 2 mm 就无关紧要了,所以只要后面 的点迹清晰就可选用. 数据处理: 在起始点标上 0, 在以后各点依次标上 1、 2、 3、 ……用刻度尺测出对应下落高度 h1、 h2、 h3、 …… 第1页 共8页 ECNU LEX hn+1-hn-1 利用公式 vn= 计算出点 1、点 2、点 3、……的瞬时速度 v1、v2、v3、…… 2T 用以下三种方法进行验证: 1 2 1 2 方法一: 利用起始点和第 n 点计算. 代入 ghn 和 vn, 如果在实验误差允许的条件下 ghn= vn, 2 2 则机械能守恒定律是正确的. 方法二:任取两点计算. (1)任取两点 A、B 测出 hAB,算出 ghAB. 1 2 1 2 (2)算出 vB- vA的值. 2 2 1 2 1 2 (3)若在实验误差允许的条件下 ghAB= vB- vA,则机械能守恒定律是正确的. 2 2 方法三:图象法.从纸带上选取多个点,测量从第一个点到其余各点的下落高度 h,并计算 1 2 1 2 2 各点速度的平方 v ,然后以 v 为纵轴,以 h 为横轴,根据实验数据画出 v -h 图线.若在实验 2 2 误差允许的条件下,图象是一条过原点且斜率为 g 的直线,则验证了机械能守恒. 注意事项: 01、安装打点计时器时要竖直架稳,使两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力. 02、重物应选用质量大、体积小、密度大的材料. 03、应先接通电源,让打点计时器正常工作后,再松开纸带让重物下落. 04、纸带长度应选用 60 cm 左右为宜,应选用点迹清晰的纸带进行测量. 05、速度不能用 vn=gtn 或 vn= 2ghn计算,因为只要认为加速度为 g,机械能当然守恒, 即相当于用机械能守恒定律验证机械能守

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