1 、验证重物下落过程中的机械能守恒

2 、掌握验证机械能守恒定律的实验方法和技巧

导线

纸带

重锤

2

2

1mvmgh

O nsn sn+1

dn dn+1

dn-1

T

ssv nnn 2

1

T

ddv nnn 2

11

落体法验证机械能守恒定律

h

某班同学设计了以下测量速度 v或高度 h方案，可行吗？

a．用刻度尺测出物体下落的高度 h，并测出下落时间t.通过 v ＝ gt计算出瞬时速度 v.

b．用刻度尺测出物体下落的高度 h ，并通过计算出瞬时速度 v.

c ．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度， 等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过 h ＝ 计算出高度 h.

速度的测量方法

图 2

验证机械能守恒定律 --1：21

2mgh mv

实验中，得到了甲、乙、丙三条实验纸带，如图所示，则应选 ___ 纸带好。

mmmgts 2)02.0(8.92

1

2

1 2212

若实验中所用重锤的质量为 m=1kg ，打点纸带如图所示，图中分别标出了点 A、 B、 C、 D到第一个点 O点的距离 , 且打点间隔为 0.02s ，则记录 B

点时，重锤的速度 vB= , 重锤的动能 Ek=

, 从开始下落起至 B点重锤的重力势能减小了

, 由此可得结论 .

用落体法验证机械能守恒定律的实验中

O A B C D  62.99 70.18 77.76 85.73

cm

3.69m/s 6.82J6.88J

在误差允许范围内动能的增加量等于重力势能的减小量

如果没有打点计时器及电火花计时器怎么办？

落体法验证机械能守恒定律

宽度 2.7×10 － 3m

黑色磁带通过光电门的时间△ t=0.90 ×10 －

3s

落体法验证机械能守恒定律

图 1

图 2

①毛笔画相邻两条线的时间间隔 T= s②哪端是悬挂端圆柱棒下落的速度 vC= m/s

记号 C 、 D之间棒的动能的变化量为 J，重力势能的变化量为 J （ g=9.8m/s2）

mm

电动机铭牌 “ 1440r/min”

落体法验证机械能守恒定律

斜面法验证机械能守恒定律

单摆法验证机械能守恒定律

某研究性学习小组用如图 ( 甲 ) 所示装置验证机械能守恒定律．球的落点痕迹如图 ( 乙 ) 所示，零刻度线与 M 点对齐．用米尺量出 AN 的高度 h1 、 BM 的高度 h2 ，算出 A 、 B 两点的竖直距离，再量出 M 、 C 之间的距离 x ，即可验证机械能守恒定律．已知重力加速度为 g ，小球的质量为 m. (1) 根据图 ( 乙 ) 可以确定小球平抛运动的水平距离为 ________ cm.

(2) 用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度 v0 ＝ ________.

(3) 用测出的物理量 ( 题中所给字母 ) 表示小球从 A 到 B 过程中，重力势能的减少量 ΔEp ＝ ________ ，动能的增加量 ΔEk ＝________.

22h

gx

mg(h1 –h2)

2

2

4h

mgx

单摆法验证机械能守恒定律

在某次实验中，选择 DIS 以图象方式显示实验的结果，所显示的图象如图 (b) 所示．图象的横轴表示小球距 D 点的高度h ，纵轴表示摆球的重力势能 Ep 、动能 Ek 或机械能 E.

1. 图 (b) 的图象中，表示小球的重力势能 Ep 、动能 Ek 、机械能 E 随小球距 D 点的高度 h 变化关系的图线分别是________2. 根据图 (b) 所示的实验图象，可以得出的结论是 ________

单摆法验证机械能守恒定律

实验方案：

实验方案一

原理：通过测量重物做功，得到外力对小车做功 W ；通过纸带测量小车的速度。

外力做功的计算：外力做功的计算：测重物质量 测下落距离

W=mgh W 合

=mgh

什么条件？

速度的测量速度的测量

Tx

V ceD 2

=1.14m/sTx

V ob

2A =0.95m/s

数据处理o a b c d e

V

v2

h

W

间距逐渐变大

数据处理之图像

W

v2

实验结论物体的速度平方的变化与外力做功成正比。

误差分析

阻力影响；测量的偶然误差

实验方案二

原理：

橡皮筋做功使小车速度变化

外力做功的计算：外力做功的计算：

选橡皮筋 改变橡皮筋的条数

W=nW0

需要把长木板一段垫高吗？

速度的测量速度的测量 间距趋于相同

用后面几乎均匀的点距计算速度。

数据处理O 点速度一般为零 取某点求速度与距离

重复试验，需要多条纸带

误差分析阻力影响；每条橡皮筋不可能完全相同

[2013· 浙江卷 ] (10 分 ) 如图所示，装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮，固定在小车上；装置乙中橡皮筋的一端固定在导轨的左端，另一端系在小车上．一同学用装置甲和乙分别进行实验，经正确操作获得两条纸带①和②，纸带上的 a 、 b 、 c……均为打点计时器打出的点．

(1)任选一条纸带读出 b 、 c 两点间距离为 ________ ；(2)任选一条纸带求出 c 、 e 两点间的平均速度大小为________ ，纸带①和②上 c 、 e 两点间的平均速度v ________v (① ② 填“大于”、“等于”或“小于” ) ；③图中 ________(填选项 ) ．A ．两条纸带均为用装置甲实验所得B ．两条纸带均为用装置乙实验所得C ．纸带①为用装置甲实验所得，纸带②为用装置乙实验所得D ．纸带①为用装置乙实验所得，纸带②为用装置甲实验所得

21 ． (1)2.10 cm 或 2.40 cm(±0.05 cm ，有效数字不作要求 )(2)1.13 m/s 或 1.25 m/s(±0.05 cm/s ，有效数字不作要求 )　小于(3)C

(1) 在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中 ( 装置如图甲 ) ：甲①下列说法哪一项是正确的 ________ ． (填选项前字母 )A ．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上B ．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量C ．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放乙②图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取 O 、 A 、 B 、C 计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为 50 Hz ，则打 B 点时小车的瞬时速度大小为 ________ m/s(保留三位有效数字 ) ．

[2013· 重庆卷 ] (19 分 )(1)我国舰载飞机在“辽宁舰”上成功着舰后，某课外活动小组对舰载飞机利用阻拦索着舰的力学问题很感兴趣．他们找来了木板、钢球、铁钉、橡皮条以及墨水，制作了如图所示的装置，准备定量研究钢球在橡皮条阻拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系．要达到实验目的，需直接测量的物理量是钢球由静止释放时的 ________ 和在橡皮条阻拦下前进的距离，还必须增加的一种实验器材是 ________ ．忽略钢球所受的摩擦力和空气阻力，重力加速度已知，根据________ 定律 ( 定理 ) ，可得到钢球被阻拦前的速率．