第四章 实验六 验证机械能守恒定律.ppt

[答案]　(1)4Hh　(2)如图实－6－8所示 (3)小于　(4)摩擦，转动(回答任一即可) 点击此图片进入专题针对训练 * 图实－6－1 三、实验器材 铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)． 四、实验步骤 1．器材安装：如图实－6－2所示，将打 点计时器固定在铁架台上，用导线将 打点计时器与低压交流电源相连，此 时电源开关应为断开状态． 图实－6－2 2．打纸带：把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿 过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，应先接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点．取下纸带，换上新的纸带重打几条(3条～5条)． 六、误差分析 1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力 (空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEkΔEp，这属于系统误差．改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力． 2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误 差．减小误差的办法是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值． 3．打点计时器产生的误差 (1)由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差； (2)计数点选择不好，振动片振动不均匀，纸带放置方法不正确引起摩擦，造成实验误差． 七、实验改进 物体下落过程中通过某一位置时的速度可以用光电计时器测出来，利用这种装置验证机械能守恒定律，能消除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系统误差． [例1]　用如图实－6－3所示的实验装 置验证机械能守恒定律．实验所用的 电源为学生电源，输出电压为6 V的交 流电和直流电两种．重锤从高处由静 止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打 点计时器打出一系列的点，对纸带上的 图实－6－3 点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律． 实验原理及误差分析 (1)下面列举了该实验的几个操作步骤： ①按照图示的装置安装器件； ②将打点计时器接到电源的直流输出端上； ③用天平测量出重锤的质量； ④释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关，打出一条纸带； ⑤测量打出的纸带上某些点之间的距离； ⑥根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能． 指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，并说明理由． 图实－6－4 (3)在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，其主要原因是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，可以通过该实验装置测定该阻力的大小．若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，还需要测量的物理量是__________________．试用这些物理量和纸带上的测量数据表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小为F＝________________. 实验数据的处理 [例2]　在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于在运动的初始阶段计时器打出的一些点迹模糊不清，故必须选择比较清楚的点作为测量起点，现所选的测量范围的第一点在米尺上的位置为x1，第四点在米尺上的位置为x2，第七点在米尺上的位置为x3，第十点在米尺上的位置为x4，如图实－6－5所示，若下落物体的质量为m，打点计时器每隔T秒打一点，则可利用上述数据求出物体从第四点到第七点这一段过程中势能的减少量是__________，动能的增加量是____________，若打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，读得x1＝2.8 cm，x2＝8.1 cm，x3＝16.8 cm，x4＝29.1 cm，则势能的减少量为__________，动能的增加量为__________．(g取9.8 m/s2) 图实－6－5 实验创新设计 [例3]　某同学利用如图实－6－6所 示的实验装置验证机械能守恒定律． 弧形轨道末端水平，离地面的高度为 H，将钢球从轨道的不同高度h处静止图 实－6－6 释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为x. (1)若轨道完全光滑，x2与h的理论关系应满足x2＝______(用 H、h表示)． (2)该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示： h(10－) 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 x2(10－) 2.62 3.89 5.20 6.53 7.78 请在图实－6－7所示的坐标纸上作出x2－h关系图象． 图实－6－7 (3)对比实验结果与理论计算得到的x2—h关系图线(图实－6－7中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率______(填“小于”