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1、2022年高中物理 實(shí)驗(yàn)手冊 第二部分 實(shí)驗(yàn)8 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
[實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯
驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。
[實(shí)驗(yàn)器材]
打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(電火花或電磁),重錘,紙帶,電源,導(dǎo)線,鐵架臺,刻度尺。
[實(shí)驗(yàn)原理]
在只有重力做功的情形下,物體的動能和勢能發(fā)生互相轉(zhuǎn)化,但總機(jī)械能保持不變,這個(gè)結(jié)論叫做機(jī)械能守恒定律。利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度h及計(jì)算出瞬時(shí)速度v,從而可求出物體在自由下落過程中,重力勢能的減少量△Ep = mgh與物體動能的增加量△Ek = mV2/2,如有式子成立,可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。
由上式看出,只要測出下落的高度h和下落h時(shí)的瞬時(shí)速度V,
2、再利用當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的數(shù)值, 就能比較和mgh。由于只須驗(yàn)證和mgh是否相等,并不需要求出和mgh 的數(shù)值,故實(shí)驗(yàn)不需測重錘的質(zhì)量m。
在承認(rèn)機(jī)械能守恒定律的前提下,也可以利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)測出當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊臄?shù)值。
[實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)]
1. 實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)調(diào)整打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的底板豎直,減小各處的摩擦。另外,因?yàn)楹雎粤丝諝庾枇?shí)驗(yàn)的影響,所以應(yīng)選用質(zhì)量較大的重錘。
2. 為了保證打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打的第一點(diǎn)記錄的是重錘做自由落體運(yùn)動初始點(diǎn)的位置,必須選用第一、二點(diǎn)的距離接近2毫米的紙帶進(jìn)行測量。這是因?yàn)榇螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期是0.02秒,而自由落體在最初的0.02秒內(nèi)下落的高度是
所以紙帶
3、第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2毫米時(shí),意味紙帶是在打第一個(gè)點(diǎn)的瞬間開始下落的。
3.為了得到“2”中要求的紙帶,必須多打幾條紙帶,以便從中挑選。
[實(shí)驗(yàn)步驟]
1. 按圖7-1所示安裝實(shí)驗(yàn)器材。鐵架臺放在實(shí)驗(yàn)桌邊,用燒瓶夾夾緊打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器底板處于豎直狀態(tài)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的接線柱用導(dǎo)線分別與學(xué)生電源的交流輸出端相連,用交流6伏電壓(電火花計(jì)時(shí)器用220伏交流電)。
2. 取一條紙帶(火花計(jì)時(shí)器用兩條),將其一端夾在重錘上,另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,用手提著使重錘靜止并靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。
3. 接通電源,放手松開紙帶(要求一人操
4、作,以上兩個(gè)動作同時(shí)進(jìn)行),讓它與重錘一起自由下落,紙帶落出限位孔,關(guān)閉電源。
4. 取下紙帶,編上號碼,重做幾次。
5. 選取一條點(diǎn)跡清晰且第一、二點(diǎn)距離接近2毫米的紙帶,從第一點(diǎn)開始計(jì)為0點(diǎn),再在紙帶后面的點(diǎn)中上選取五個(gè)連續(xù)點(diǎn)1、2、3、4、5,測量各點(diǎn)到0點(diǎn)的距離h1、h2、h3、h4、h5,見下圖7-2,則各點(diǎn)相應(yīng)勢能減小為mgh。
圖7-2
1
2
3
4
5
h1
h2
h3
h4
h5
0
6.因物體做勻變速直線運(yùn)動,可用某一時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻瞬時(shí)速度的
5、規(guī)律分別計(jì)算出2、3、4三點(diǎn)的速度,例如2點(diǎn)瞬時(shí)速度,算出動能
7. 比較勢能的減小與動能增加的關(guān)系。
[問題思考]
1. 實(shí)驗(yàn)中,為什么要選擇第一,二點(diǎn)距離接近2毫米的紙帶?
2. 本實(shí)驗(yàn)為什么不用測量重錘的質(zhì)量?
3. 為減小實(shí)驗(yàn)誤差 ,實(shí)驗(yàn)選用了質(zhì)量較大的重錘,說明這樣做的原因?
4. 本實(shí)驗(yàn)在處理數(shù)據(jù)時(shí),如果不從第一個(gè)點(diǎn)(速度為零的點(diǎn))算起,而
是從后面的某一點(diǎn)算起,例如從2點(diǎn)算起,利用2-4間高度變化,說明怎樣計(jì)算動能變化和勢能變化,如何驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律?
5. 重錘在第一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi),正常的情況下,下降高度應(yīng)為————————,
實(shí)際實(shí)驗(yàn)中在紙上打出的第一、
6、 二點(diǎn)距離都會————————于上述數(shù)值,造成這種情況的原因是———————— ————————?因此,應(yīng)該多做幾次,選取第一、 二點(diǎn)間距接近上述數(shù)值的紙帶進(jìn)行計(jì)算。
6. 某學(xué)生打出的紙帶如圖7-3所示。各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與0點(diǎn)之間的距離分別為
h1==4.92厘米、h2=7.05厘米、h3=9.61厘米、h4=12.55厘米、h5=15.88厘米,g=9.80米/秒2。
1
2
3
4
5
h1
h2
h3
h4
h5
0
圖 7—3
(1) 從0點(diǎn)到4點(diǎn),重力勢能減小值為_____________________,4點(diǎn)速度為
_________________,從0點(diǎn)刻4點(diǎn)動能增加值為___________________。根據(jù)________可以判斷__________。
(2) 從2點(diǎn)到4點(diǎn),重力勢能減少值為_________,2點(diǎn)速度是
__________,從2點(diǎn)到4點(diǎn)動能增加值為__________,根據(jù)________可以判定_______________。
7. 實(shí)驗(yàn)中,處理數(shù)據(jù)要用到重力加速度,下列說法中正確的是( )。
A.不管在何處實(shí)驗(yàn),g都取9.8米/秒2;
B. g應(yīng)取當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹担?
C. g應(yīng)從實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶測得的數(shù)據(jù)計(jì)算出來。