高一物理实验：验证机械能守恒定律 探究弹力和弹簧伸长的关系人教版知识精讲.docVIP

高一物理实验：验证机械能守恒定律 探究弹力和弹簧伸长的关系人教版 【同步教育信息】 一. 本周教学内容： 实验 验证机械能守恒定律 探究弹力和弹簧伸长的关系 二. 知识要点： 学会利用自由落体运动验证机械能守恒定律，根据弹簧伸长量x和弹力的测量数得出弹力与伸长量的关系。 三. 重点、难点解析； （一）验证机械能守恒定律 1. 实验原理物体在自由下落过程中，重力势能减少动能增加，总量保持不变。本实验就是测出重力势能减少，动能增加的数值，比较是否相等，验证机械能是否守恒。 设物体质量为m，在某一位置n的速度为，测出n点前后两个T内距离和，算出，在另一点p的速度算出就可以求出动能增加。 ，由np距离即重物下落高度，求出重力势能减少。 比较与是否相等守恒定律即得证。 图1 2. 实验器材 电火花打点计时器（或电磁打点计时器）、交流电源、纸带（复写纸片）、重锤（带有纸带夹子）、导线、刻度尺、铁架台。 3. 实验步骤 （1）按图2所示安装好固定装置。固定好打点计时器，接上电源（开关未闭合） 图2 （2）把纸的一端用小夹子固定在重锤上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重锤静止在靠近计时器的地方。 （3）闭合电源开关，松开手释放纸带，让重锤自由下落，计时器在纸带上打下一系列计时点。 （4）换几条纸带，重做上面的实验。 （5）从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间距接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量。 （6）在挑选得到的纸带上，先记下第一个点的位置O（或A）再依次选几个点记作1、2、3……（或B、C、D……）。用刻度尺量出各点到O的距离……等如图所示。 （7）用公式计算出各点的瞬时速度……。 （8）计算出各点对应的势能减少量和动能增加量填表记录。 次序 项目 1 2 3 4 5 比较和 4. 实验结论 在只有重力作用下，物体的重力势能与动能可以互相转变，但总和保持不变。 5. 实验注意事项 （1）计时器安装牢固使重锤纸带下落时稳定。保证限位孔在竖直线上，使纸带运动中受到摩擦阻力最小。可以通过手提纸带上下抽动来判定限位孔调整是否合适。 （2）纸带要平展以减小下落时阻力。 （3）先接通电源，计时器正常打点再放纸带以保证第1个点的清晰。持纸带的手要稳，使所打第1个点小。 （4）重锤应用密度较大的物质，重锤上纸带夹要牢固且保纸带固定后方向正确，不偏不斜。重锤的质量稍大些。 （5）纸带的挑选：当第1、2两点间距为2mm时，说明打第1个点时速度为0。验证动能增加过程简化。 （6）测量下落高度都从第1个点量起。（一般纸带60—80cm为宜）。 （7）本实验不必称出重锤质量。 6. 误差分析： 本实验的偶然误差主要是纸带运动中受摩擦力大小及测量下落高度引起的。减小这两个因素影响是减小误差的有效途径。在重锤上固定纸带要正。计时器限位孔要正，纸带要平。测量下落高度时h尽量大些，多次测量取平均值也是好方法。 （二）探究弹力和弹簧伸长的关系 1. 实验原理：在竖直悬挂的轻弹簧下端，悬挂砝码，平衡时弹力大小等于砝码的重力，用刻度量出弹簧的伸长量。改变砝码数量，重复上面实验，就可以定量地找出弹力与伸长量之间的关系。 2. 实验器材：弹簧（带指针）、铁架台（带金属横杆）、刻度尺（分度值为mm），相同的钩码若干。 3. 实验步骤： （1）按图装置将弹簧和刻度尺固定在铁架台上。（铁架台平稳放在桌边） （2）测出弹簧的原长（记录弹簧上指针在弹簧不受拉力时所指位置读数） （3）在弹簧下端挂钩码，测出弹簧长度，计算出弹簧伸长量和钩码重力mg。改变（增加）钩码数量依测出弹簧长和钩码总重力，列表记录。 （4）以弹力为纵坐标，以弹簧伸长为横坐标建坐标系，根据所测数据描出点。 （5）按所描点的分布情况，尝试作出一条平滑的曲线。 （6）以弹簧伸长量为自变量，以弹力为函数写出表达式。 （7）解释表达式中各项意义。 4. 结论：一般弹力与弹簧伸长量成正比，即。 5. 注意事项： （1）这是一个探索实验，体会如何寻找弹力与伸长量关系的方法。 （2）弹簧选轻弹簧。 （3）实验中应把弹簧挂在铁架台上的位置固定好。 （4）记录弹簧伸长量应先用长度减去原长。 （5）挂钩码时依次增加，也不能挂太多。 （6）坐标系的标度要合适，描点尽量分布均匀，连线时要连成平滑曲线。 【典型例题】 [例1] 在验证机械能守恒实验中，已知打点计时器所用电源的频率在50Hz，查得当地重力加速度，测得所用重物的质量1.00kg，实验中得到一条清晰纸带如图所示，把第1个点记作O，另选4个点A、B、C、D作测量点，经测量知道A