验证机械能守恒定律的演示实验

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高中物理实验【验证机械能守恒定律】内容+典例

高中物理实验【验证机械能守恒定律】内容+典例

图1图2实验:验证机械能守恒定律一、实验目的通过实验验证机械能守恒定律.二、实验原理如图1所示,质量为m 的物体从O 点自由下落,以地面作为零重力势能面,如果忽略空气阻力,下落过程中任意两点A 和B 的机械能守恒即12mv 2A +mgh A =12mv 2B +mgh B 上式亦可写成12mv 2B -12mv 2A =mgh A -mgh B . 等式说明,物体重力势能的减少等于动能的增加.为了方便,可以直接从开始下落的O 点至任意一点(如图1中A 点)来进行研究,这时应有:12mv 2A =mgh ,即为本实验要验证的表达式,式中h 是物体从O 点下落至A 点的高度,v A 是物体在A点的瞬时速度.三、实验器材打点计时器,低压交流电源,带有铁夹的铁架台,纸带,复写纸,带夹子的重物,刻度尺,导线两根.四、实验步骤1.安装置:按图2将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路.2.打纸带:将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提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方.先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落.更换纸带重复做3~5次实验.3.选纸带:分两种情况说明(1)用12mv 2n =mgh n 验证时,应选点迹清晰,且1、2两点间距离略小于或接近2 mm 的纸带.(2)用12mv 2B -12mv 2A =mg Δh 验证时,由于重力势能的相对性,处理纸带时,选择适当的点为基准点,只要后面的点迹清晰就可选用.五、数据处理方法一:利用起始点和第n 点计算代入mgh n 和12mv 2n ,如果在实验误差允许的条件下,mgh n 和12mv 2n 相等,则验证了机械能守恒定律.方法二:任取两点计算(1)任取两点A、B测出h AB,算出mgh AB.(2)算出12mv2B-12mv2A的值.(3)在实验误差允许的条件下,若mgh AB=12mv2B-12mv2A,则验证了机械能守恒定律.方法三:图象法从纸带上选取多个点,测量从第一点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的平方v2,然后以12v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据作出12v2-h图线.若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线,则验证了机械能守恒定律.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(如空气阻力、打点计时器阻力)做功,故动能的增加量ΔE k稍小于重力势能的减少量ΔE p,即ΔE k<ΔE p,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0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来减小误差.七、注意事项1.打点计时器要稳定的固定在铁架台上,打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向,以减小摩擦阻力.2.应选用质量和密度较大的重物,增大重力可使阻力的影响相对减小,增大密度可以减小体积,可使空气阻力减小.3.实验中,需保持提纸带的手不动,且保证纸带竖直,待接通电源,打点计时器工作稳定后,再松开纸带.4.测下落高度时,要从第一个打点测起,并且各点对应的下落高度要一次测量完.5.速度不能用v n=gt n或v n=2gh n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恒定律,况且用v n=gt n计算出的速度比实际值大,会得出机械能增加的结论,而因为摩擦阻力的影响,机械能应该减小,所以速度应从纸带上直接测量计算.同样的道理,重物下落的高度h,也只能用刻度尺直接测量,而不能用h n=12gt2n或h n=v2n2g计算得到.记忆口诀自由落体验守恒,阻力减小机械能.仪器固定竖直向,先开电源物后放.开头两点两毫米,从头验证式容易.不管开头看清晰,任取两点就可以.图象验证也很好,关键记住两坐标.例1某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中,提出了如图3所示的甲、乙两种方案:甲方案为用自由落体运动进行实验,乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验.图1(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析,最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案,你认为该小组选择的方案是__________,理由是_______________________________。

机械能守恒定律的探究实验

机械能守恒定律的探究实验

机械能守恒定律的探究实验引言:物理学是一门研究物质、能量和相互作用之间关系的科学。

在过去几个世纪里,物理学家通过实验和理论得出了许多定律和规律,这些定律和规律帮助我们解释自然界中发生的各种现象。

本文将重点探究机械能守恒定律,并介绍一项相关的实验。

一、机械能守恒定律的概念:机械能守恒定律是物理学中一个重要的定律,它表明,当一个系统内只有重力和非弹性力做功的情况下,机械能(由动能和势能组成)将保持不变。

这一定律可以以数学方式表示为:E = K + U = 常数,其中E为机械能,K为动能,U为势能。

二、实验准备:1. 实验器材:- 一个光滑的水平台面- 一个刚性小球- 一根绳子- 一个重物(如砝码)- 一个测量高度的尺子- 一个弹簧测力计2. 实验步骤:1. 将平台面放置于水平桌面上,并保持其稳定。

2. 用绳子将小球系于平台上方。

3. 将重物挂在绳子的另一端,使小球离地面一定高度。

4. 测量初始高度h1和初始小球与平台的距离x1。

5. 将小球释放,观察其下落过程,并记录小球离开平台时的高度h2和小球到平台的距离x2。

6. 使用弹簧测力计测量小球下落过程中的拉力,并记录相应的数值。

三、实验过程:1. 实验装置:将小球与重物构成一个简单的系统,小球通过绳子与平台相连接。

平台上的摩擦力可以忽略不计。

2. 实验观察:在实验过程中,我们观察到小球从初始高度开始下落,并在一定高度处离开平台。

在小球离开平台的瞬间,我们同时记录下小球的高度和距离平台的距离,并使用弹簧测力计测量小球下落过程中的拉力。

3. 实验数据处理:根据实验中记录的数据,我们可以计算出小球的动能和势能,并验证机械能守恒定律。

根据机械能守恒定律,系统的机械能保持不变,即小球离开平台时的机械能等于小球开始下落时的机械能,即E1 = E2。

- 动能的计算:根据动能的定义,动能K等于小球的质量m乘以其速度v的平方的一半(K = 1/2mv^2)。

- 势能的计算:对于地球的重力场内,势能U等于小球的质量m乘以重力加速度g乘以其高度h(U = mgh)。

实验验证机械能守恒定律

实验验证机械能守恒定律

实验验证机械能守恒定律实验验证机械能守恒定律机械能守恒定律是物理学中非常基础的一个定律,它指出在一个封闭系统内,如果只有势能和动能之间发生转化,而不存在其他能量形式,那么整个系统的机械能保持不变。

机械能守恒定律在理论上已经得到了充分的证明,但是实验验证对于学生深入理解该定律有着非常重要的作用。

它不仅可以帮助学生理解机械能守恒定律这个概念,而且还可以帮助学生建立实验观测的实践意识和分析问题的能力。

以下是一种简单实验验证机械能守恒定律的方法:实验材料:一个弹簧,一个滑轮,若干条不同长度的线,一个重物,一个刻度尺和一个秒表。

实验过程1. 将弹簧挂在天花板上,挂一个滑轮,使用线绑在滑轮上。

2. 每条线有一个不同的长度,将重物绑在线的一端,另一端连接到滑轮上。

3. 将滑轮上的连接线放松,并让重物自由落下。

4. 使用刻度尺测量重物从滑轮位置到地面的距离,并记录下时间。

5. 重复以上步骤,但使用不同长度的线。

实验结果根据实验结果,在重物从高处自由落下时,机械能的总和(势能+ 动能)在整个过程中是保持不变的。

高度和速度之间存在着密切的关系,即重物从不同高度落下时,下落的时间和落地时的速度都不同。

在不考虑空气阻力的情况下,重物的下落速度是恒定的。

实验分析在这个实验过程中,我们可以发现,当重物从较高的位置开始自由下落时,重物的速度逐渐增加,其潜在能量以同等的速率转化为动能。

当重物到达最低点,速度达到最大值时,动能最大,而潜在能量为零。

当重物再次上升到较高的位置时,速度逐渐减慢,动能逐渐转化为潜在能量。

整个过程中,机械能总和是保持不变的。

结论实验验证机械能守恒定律,同样也验证了能量守恒定律的成立;实验结果表明,一个封闭系统内的机械能总是保持不变,能量可以相互转换而不会因为表面效应而丢失。

通过这个实验,我们可以更深入地理解和应用机械能守恒定律,而这个原理在研究力、动量、能量等方面也都有类似的应用。

同时,这个实验也为科学研究机械能守恒定律奠定了很好的基础。

实验七 验证机械能守恒定律

实验七 验证机械能守恒定律

实验七 验证机械能守恒定律1.实验目的验证机械能守恒定律。

2.实验原理(如图1所示) 通过实验,求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和对应过程动能的增加量,在实验误差允许范围内,若二者相等,说明机械能守恒,从而验证机械能守恒定律。

图13.实验器材打点计时器、交流电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线。

4.实验步骤(1)安装器材:将打点计时器固定在铁架台上,用导线将打点计时器与电源相连。

(2)打纸带 用手竖直提起纸带,使重物停靠在打点计时器下方附近,先接通电源,再释放纸带,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(3~5条)纸带。

(3)选纸带:分两种情况说明①若选第1点O 到下落到某一点的过程,即用mgh =12m v 2来验证,应选点迹清晰,且第1、2两点间距离接近2__mm 的纸带(电源频率为50 Hz)。

②用12m v 2B -12m v 2A =mgh AB 验证时,由于重力势能的相对性,处理纸带时选择适当的点为基准点即可。

5.实验结论 在误差允许的范围内,自由落体运动过程机械能守恒。

1.误差分析(1)测量误差:减小测量误差的方法,一是测下落距离时都从O 点量起,一次将所打各点对应重物下落高度测量完,二是多测几次取平均值。

(2)系统误差:由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功,故动能的增加量ΔE k =12m v 2n 必定稍小于重力势能的减少量ΔE p =mgh n ,改进办法是调整安装的器材,尽可能地减小阻力。

2.注意事项(1)打点计时器要竖直:安装打点计时器时要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直线上,以减少摩擦阻力。

(2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。

(3)应先接通电源,让打点计时器正常工作,后释放纸带让重物下落。

(4)测长度,算速度:某时刻的瞬时速度的计算应用v n =h n +1-h n -12T,不能用v n =2gh n 或v n =gt 来计算。

实验七验证机械能守恒定律

实验七验证机械能守恒定律
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2.(2023·江苏扬州中学模拟)某同学设计出如图1所示的实验装置来验证机 械能守恒定律。让小球自由下落,下落过程中小球的球心经过光电门1和光 电门2,光电计时器记录下小球通过光电门的时间Δt1、Δt2,已知当地的重 力加速度为g。
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(1)该同学先用螺旋测微器测出小球的直径如图2所示,则其直径d
比实际值偏小,从而使瞬时速度的测量值增大。
答案 (3)增大
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(4)已知重锤A和B的质量均为M,某小组在重锤B下面挂质量为m的重物C由静
止释放验证系统运动过程中的机械能守恒,某次实验中从纸带上测量A由静止上
升h高度时对应计时点的速度为v,则验证系统机械能守恒定律的表达式


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【典例4】 (2023·江苏南京高三月考)图甲是“验证机械能守恒定律”的装置, 气垫导轨上安装了1、2两个光电门,滑块上固定一竖直遮光条,滑块用细线绕 过定滑轮与钩码相连,细线与导轨平行。
重物动能的增加量为

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(3)该同学在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离为h,计算对
应计数点的重物速度为v,得到如图丙所示的v2-h图像,由图像可求出当地的重
力加速度g=
m/s2。
答案 (3) 9.70
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【典例2】 (2023·江苏溧阳市高三月考)在“验证机械能守恒定律”的学
第五章 机械能 实验七 验证机械能守恒定律
目 录 CONTENT
01 立足“四层”·夯基础 02 着眼“四翼”·探考点
立足“四层”·夯基础
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一、实验目的 验证机械能守恒定律。 二、实验原理
目录
2.速度的测量
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)。

第6讲 实验:验证机械能守恒定律

第6讲  实验:验证机械能守恒定律
条纸带,在起始点标上 0,以后各点依次标 1、2、3、…,用刻度尺测出对 应下落高度 h1、h2、h3、…。
五、数据处理 1.求瞬时速度
由公式 vn=hn+12-Thn-1可以计算出重物下落 h1、h2、h3、…的高度时对应的 瞬时速度 v1、v2、v3、…。 2.验证守恒 方法一:利用起始点和第 n 点计算,代入 ghn 和12v2n,如果在实验误差允许 的范围内,ghn=12v2n,则验证了机械能守恒定律。 方法二:任取两点 A、B,测出 A、B 两点距离 hAB,算出 ghAB 和12vB2 -12v2A 的值,如果在实验误差允许的范围内,ghAB=12v2B-12v2A,则验证了机械能 守恒定律。
在下列器材中,还必须使用的两种器材是________。
A.交流电源
B.刻度尺
C.天平(含砝码)
(3)实验中,先接通电源,再释放重物,得到如图乙所示的一条纸带。在纸带
上选取三个连续打出的点 A、B、C,测得它们到起始点 O 的距离分别为 hA、
hB、hC。已知当地重力加速度为 g,打点计时器打点的周期为 T。设重物的质
左端固定,右端在 O 点;在 O 点右侧的 B、C 位置各安装一个光电门,计 时器(图中未画出)与两个光电门相连。先用米尺测得 B、C 两点间距离 s, 再用带有遮光条的滑块压缩弹簧到某位置 A,由静止释放,计时器显示遮 光条从 B 到 C 所用的时间为 t,用米尺测量 A、O 之间的距离 x。
(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是 v=________。
(2)为求出弹簧的弹性势能,还需要测量________。(选填字母序号)
A.弹簧原长
B.当地重力加速度
3.第 2 题也可以利用计算法验证机械能守恒。计算法需要知道当地的重力 加速度,通过计算重力势能的减少量与动能的增加量是否相等验证机械 能守恒。

8验证机械能守恒定律实验报告

8验证机械能守恒定律实验报告

8验证机械能守恒定律实验报告实验报告:验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律,通过实验得出结论。

二、实验器材1.平滑水平面2.木块3.弹簧测力计4.测量尺5.直尺6.秤盘7.弹簧三、实验原理机械能守恒定律是描述物体在重力作用下的机械能变化过程的基本定律。

根据机械能守恒定律,在不计摩擦的条件下,物体在运动过程中的重力势能和动能之和保持恒定。

四、实验步骤1.将平滑水平面放在桌面上,确保其表面光滑水平。

2.将弹簧固定在平滑水平面上,使其一端固定在一个固定点上。

3.在弹簧的另一端固定一个木块,并将弹簧拉伸到适当的长度。

4.在木块上放置一个秤盘,将木块推向弹簧的一侧。

5.记录下木块达到最高点的高度,并用测量尺测量出其距离固定点的距离。

6.将木块放置在初始位置,然后再次用测量尺测量出木块的初始高度。

7.重复步骤4-6三次,记录下所有的数据。

五、实验数据记录实验次数,最高点高度(米),初始高度(米)第一次,0.32,0.48第二次,0.30,0.48第三次,0.33,0.48六、实验结果分析根据机械能守恒定律,物体在运动过程中的重力势能和动能之和保持恒定。

在本实验中,木块在达到最高点时,动能为零,因此其机械能仅由重力势能构成。

根据机械能守恒定律可得,木块达到最高点时的重力势能等于木块初始位置的重力势能。

即mgh = mgh'其中,m为木块的质量,g为重力加速度,h为木块达到最高点的高度,h'为木块初始位置的高度。

七、计算根据上述公式,我们可以计算出木块初始位置的高度h':h'=h*(m/m')其中,m'为木块的质量,m/m'为木块的重力势能比。

在本实验中,取第一次实验的数据进行计算:m = 0.5 kgh=0.32mm' = 0.48 kg因此h'=0.32*(0.5/0.48)=0.333m八、实验结论通过实验数据和计算结果可知,木块达到最高点时的重力势能等于木块初始位置的重力势能。

实验验证机械能守恒定律ppt课件

实验验证机械能守恒定律ppt课件

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.
紧要了,所以只要后面的点迹清晰就可选用.
13
4.求瞬时速度
在第一个打点上标出O,并从稍靠后的某一点开始,
依次标出1、2、3、4…并量出各点到位置O的距离h1、
h2、h3、h4….用公式vn=
计算出各点对
应的瞬时速度v1、v2、v3、v4 ….
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5.守恒验证
方法一:利用起始点和第n点计算.代入ghn和如果在实验
误差允许的范围内,ghn=
则说明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.
(2)算出
的值.
(3)如果在实验误差允许的范围内,ghAB=
则说明机械能守恒定律是正确的.
15
方法三:图象法.从纸带上选取多个点,测量从第一点 到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的平方v2,然后以 v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出 v2-h图线.若 在误差允许的范围内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定律.
复习回顾 机械能守恒定律
1、内容: 2、表达式: 3、适用条件:
4、解题一般步骤:
1
§7.9 实验:验证机械能守恒定律
2
一、实验目的 验证机械能守恒定律.
3
二、实验原理 1.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,但总的机械能保持不变.若物体某时刻瞬时速

(高考物理)【物理实验五】验证机械能守恒定律

(高考物理)【物理实验五】验证机械能守恒定律

验证机械能守恒定律[实验目的]验证机械能守恒定律。

[实验原理]当物体自由下落时,只有重力做功,物体的重力势能和动能互相转化,机械能守恒。

若某一时刻物体下落的瞬时速度为v,下落高度为h,则应有:mgh= mv2,借助打点计时器,测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v,即可验证机械能是否守恒,实验装置如图所示。

测定第n点的瞬时速度的方法是:测出第n点的相邻前、后两段相等时间T内下落的距离s n和s n+1,由公式v n= ,或由v n= 算出,如图所示。

[实验器材]铁架台(带铁夹),打点计时器,学生电源,导线,带铁夹的重缍,纸带,米尺。

[实验步骤]1.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。

2.把纸带的一端在重锤上用夹子固定好,另一端穿过计时器限位孔,用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。

3.接通电源,松开纸带,让重锤自由下落。

4.重复几次,得到3~5条打好点的纸带。

5.在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm,且点迹清晰一条纸带,在起始点标上0,以后各依次标上1,2,3……,用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3……。

6.应用公式v n= 计算各点对应的即时速度v1、v2、v3……。

7.计算各点对应的势能减少量mgh n和动能的增加量mv n2,进行比较。

[注意项事]1.打点计时器安装时,必须使两纸带限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力。

2.选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近2mm的纸带。

3.因不需要知道动能和势能的具体数值,所以不需要测量重物的质量。

[例题]1.在“验证机械能守恒定律”的实验中,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz。

查得当地的重加速度g=9.80m/s2,测得所用的重物的质量为1.00kg。

实验中得到一条点迹清晰的纸带,把第一个点记作O,另连续的4个点A、B、C、D作为测量的点,经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。

高中物理【实验:验证机械能守恒定律

高中物理【实验:验证机械能守恒定律

注意事项
1.应尽可能控制实验,满足机械能守恒的条件,这就要求尽量减小各种阻力的影 响,采取的措施有:
(1)安装打点计时器时,必须使两个限位孔的中线严格竖直,以减小摩擦阻力。
(2)应选用质量和密度较大的重物,增大重力可使阻力的影响相对减小,增大 密度可以减小体积,使空气阻力减小。
2.实验中,提纸带的手要保持不动,且保证纸带竖直。接通电源后,等打点计时 器工作稳定再松开纸带。
实验器材
铁架台带铁夹、打点计时器、重物带纸带夹子、纸带、复写纸、导线、毫 米刻度尺、低压交流电源。
实验步骤
1.安装置:按如图 8.5-2 所示将检查、调整好的打点计时器竖 直固定在铁架台上,接好电路。
2.打纸带:将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,用手提着纸带使重物静止在靠近打点计 时器的地方。先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自 由下落。更换纸带重复做 3~5 次实验。
(2)某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时,打下的一条纸带如图 8.5-5 所示,0 点为起始点,测得 3 点、6 点、9 点与第一点 0 间的距离分别为 hA=1.75 cm,hB=7.00 cm,hC=15.70 cm,交流电的周期是 0.02 s,当地的 重力加速度 g=9.8 m/s2,设重物的质量是 m=1.00 kg,则从 0 点到 6 点,重 物的动能增量 ΔEk=_____J,重物重力势能减少量 ΔEp=_____J。(均保留两 位有效数字)
×0.5×(2.91)2 J≈2.12 J,动能增加量 ΔEk=EkD-0=2.12 J。因为存在阻力作 用,所以减小的重力势能大于动能的增加量。
(3)根据表达式 mgh=12mv2,则有 v2=2gh;当 v2-h′图像的斜率为重力 加速度的 2 倍时,即可验证机械能守恒,而图像的斜率 k=10.306.-255.48=19.52; 因此能粗略验证自由下落的物体机械能守恒。

(完整版)验证机械能守恒定律

(完整版)验证机械能守恒定律

(完整版)验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律1、原理:mgh=12mv 22、误差分析:△E P >△E k ,由于要克服纸带与打点计时器之间的摩擦⼒及空⽓阻⼒做功。

3、数据处理:(1)作12v 2—h 图像,图像斜率表⽰重⼒加速度g (2)通过纸带测量h ,并算出v ,验证mgh=12mv 2 4、注意事项:(1)实验器材:打点计时器(电磁10V 以下交流,电⽕花220V 交流)、学⽣电源、铁架台(包括铁夹)、纸带、附夹⼦的重锤、刻度尺、导线若⼲(不需要秒表,因为打点计时器本⾝就是计时仪器;不需要天平测质量,因为等式两边的m 可以约掉)(2)实验前装置中纸带要竖直放置穿过限位孔,且重物靠近打点计时器(3)重物选择体积⼩密度⼤的物体(如重锤)(4)实验时先接通电源,后释放纸带(5)取1、2两点间距接近2mm 的纸带测量(h=1/2gt 2=1/2×10×0.022=0.002m=2mm ,说明阻⼒⼩,接近于⾃由落体)(6)实验结论:在实验误差允许的范围内机械能守恒(7)误差分析:△E P >△E k ,由于要克服纸带与打点计时器之间的摩擦⼒及空⽓阻⼒做功△E P <△E k ,计时起点的速度不为零(⽐如先释放纸带,再接通电源)(8)数据处理:若纸带初始⼀段不清晰,可以从点迹清晰处开始取⼀段研究,则原理式变为mg △h=12mv 22—12mv 12 (9)注意有效数字(保留X 位有效数字;保留X 位⼩数)1、如图所⽰为“⽤打点计时器验证机械能守恒定律”的实验装置.(1)若已知打点计时器的电源频率为50 Hz ,当地的重⼒加速度取g =9.80 m/s 2,重物质量为0.2 kg.实验中得到⼀条点迹清晰的纸带如图所⽰,打P 点时,重物的速度为零,A 、B 、C为另外3个连续点.根据图中的数据可知,重物由P点运动到B点,重⼒势能减少量ΔE p=________J,动能的增加量ΔE k=__________.(结果保留三位有效数字)(2)若PB的距离⽤h表⽰,打B点时重物的速度为v B,理论上当两者间的关系式满⾜__________时,说明下落过程中重锤的机械能守恒(已知重⼒加速度为g).(3)实验中发现重物增加的动能略⼩于减少的重⼒势能,其主要原因是________.A. 重物的质量过⼤B. 重物的体积过⼩C. 电源的电压偏低D. 重物及纸带在下落时受到阻⼒2、在⽤电⽕花计时器(或电磁打点计时器)研究匀变速直线运动的实验中,某同学打出了⼀条纸带.已知打点计时器打点的时间间隔为0.02 s,他按打点先后顺序每5个点取1个计数点,得到了O、A、B、C、D等⼏个计数点,如图所⽰,则相邻两个计数点之间的时间间隔为________s.⽤刻度尺量得OA=1.50 cm、AB=1.90 cm、BC=2.30 cm、CD=2.70 cm.由此可知,打C点时纸带的速度⼤⼩为________m/s.(1)现有器材:打点计时器、学⽣电源、铁架台(包括铁夹)、纸带、附夹⼦的重锤、刻度尺、秒表、导线若⼲,其中此实验不需要使⽤的器材是.(2)关于这⼀实验,下列说法中正确的是________.A. 打点计时器应接直流电源B. 应先释放纸带,后接通电源打点C. 需使⽤秒表测出重物下落的时间D. 选定重物后,⼀定要称出它的质量E. 重物应选⽤密度⼩的物体F. 应选择体积⼤、质量⼩的重物G. 释放纸带前,⼿应提纸带上端并使纸带竖直H. 重锤下落中⼿始终提住纸带上端,保持纸带竖直I. 重物增加的动能略⼩于其减少的重⼒势能J. 可⽤公式v=gt计算重物的速度K. 可⽤公式v=2gh计算重物的速度L. 安装纸带时,应将纸带置于复写纸的下⽅M. 测出纸带上两点迹间的距离,可知重物相应的下落⾼度。

实验报告:验证机械能守恒定律

实验报告:验证机械能守恒定律

实验报告:验证机械能守恒定律高一( )班 姓名 实验时间一、实验原理1.机械能守恒定律(1)当只有重力做功时,物体的 能和 能发生相互转化,但机械能的 保持不变.(2)做自由落体运动的物体,只受重力作用,其机械能是守恒的.2.实验原理(1)如右图所示,借助打点计时器打出的纸带,测出物体自由下落的高度h 和该时刻的速度v ,以纸带上的第n 个点为例,如下图中的纸带,打第n 个计数点时的瞬时速度等于以该时刻为中间时刻的某一段时间内的平均速度.即v n =(2)物体下落的高度为h 时速度为v ,则物体的重力势能减小量为mgh ,动能增加量为12m v 2,如果mgh =12m v 2,即 =12v 2,就验证了机械能守恒定律. 二、实验器材铁架台, ,重物(带纸带夹子),纸带,复写纸,导线 , .三、注意事项1.安装打点计时器时,必须使两个限位孔的中线严格 ,以减小摩擦阻力.2.应选用质量和密度较 的重物,增大重力可使阻力的影响相对减小,增大密度可以减小体积,可使空气阻力减小.3.实验时,应先接通 ,让打点计时器工作正常后再松开纸带让重物下落.4.本实验中的两种验证方法中,均不需要测5.速度不能..用v = 或v = 计算,而应.用v n = 进行测量并计算. 四、探究步骤,数据记录及处理1.安装置:将打点计时器固定在铁架台上;用导线将打点计时器与 相连接.2.接电源,打纸带:把纸带的一端在重物上用夹子固定好,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近,接通电源,待打点稳定后松开纸带,让重物自由下落.重复几次,打下3~5条纸带.3.选纸带:选取 的,挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点,并依次标上0,1,2,3….4.数据处理:测出0到点1、点2、点3…的距离,即为对应的下落高度h 1、h 2、h 3…;利用公式v n =h n +1-h n -12T,六、实验作业1.在做“验证机械能守恒定律”的实验时,发现重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能,造成这种现象的原因是( )A .选用重锤的质量过大B .空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力C .选用重锤的质量过小D .实验时操作不仔细,实验数据测量不准确2.(2011年广州高一检测)某同学做验证机械能守恒定律实验时,不慎将一条挑选出的纸带一部分损坏,损坏的是前端部分.剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图7-9-4中,单位是cm.已知打点计时器工作频率为50 Hz ,重力加速度g 取9.8 m/s2.(1)重物在2点的速度v 2=________,在5点的速度v 5=________,此过程中动能增加量ΔE k =________,重力势能减少量ΔE p =________.(2)比较得ΔE k ________ΔE p (填“大于”“等于”“小于”),原因是__________________.由以上可得出实验结论____________________.3.某研究性学习小组在做“验证机械能守恒定律”的实验中,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz .查得当地的重力加速度g =9.80m/s 2.测得所用重物的质量为1.00kg .实验中得到一条点迹清晰的纸带,把第一个点记作O ,每两个计数点之间有四点未画出,另选连续的3个计数点A 、B 、C 作为测量的点,如图所示.经测量知道A 、B 、C 各点到O 点的距离分别为50.50cm 、86.00cm 、130.50cm .根据以上数据,计算出打B 点时重物的瞬时速度v B =_____m/s ;重物由O 点运动到B 点,重力势能减少了_______J ,动能增加了_______J (保留3位有效数字). 根据所测量的数据,还可以求出物体实际下落的加速度为_______ m/s 2,则物体在下落的过程中所受到的阻力为_______N .4.(2010年高考课标全国卷)如左图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图.现有的器材为:带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平.回答下列问题:(1)为完成此实验,除了所给的器材,还需要的器材有________.(填入正确选项前的字母)A .米尺B .秒表C .0~12 V 的直流电源D .0~12V 的交流电源(2)实验中误差产生的原因有 (写出两个原因)。

验证机械能守恒定律实验报告数据

验证机械能守恒定律实验报告数据

验证机械能守恒定律实验报告数据实验目的:验证机械能守恒定律实验原理:机械能守恒定律是指在没有外力做功和无能量损失的情况下,一个物体的机械能保持不变。

机械能包括动能和势能两部分,动能是物体由于运动而具有的能量,势能是物体由于位置而具有的能量。

机械能守恒定律的数学表达式为:E1=E2,其中E1是物体在初始状态下的机械能,E2是物体在最终状态下的机械能。

实验材料和装置:1.一根光滑的斜面2.一个小车3.一个万能计时器4.一组标尺5.一组测量重量的天平实验步骤:1.将斜面倾斜固定在实验台上,并调整斜面的角度,使其形成一个合适的斜度。

2.在斜面上放置一个小车,并确保小车能够顺利地滑下斜面。

3.使用万能计时器测量小车从斜面顶端滑到底端的时间t。

4.使用标尺测量小车滑下斜面的高度h。

5.使用天平测量小车的质量m。

实验数据记录:斜面的角度:30°时间t:3.5秒高度h:1.2米质量m:0.5千克实验结果计算:首先计算小车滑下斜面的平均速度v,公式为:v=h/t v=1.2/3.5≈0.343m/s然后计算小车的动能E1,公式为:E1=0.5*m*v^2E1=0.5*0.5*(0.343)^2≈0.058J接下来计算小车在底端的势能E2,公式为:E2=m*g*h 其中g为重力加速度E2=0.5*9.8*1.2≈5.88J最后比较E1和E2的值:E1≈0.058JE2≈5.88J结论:根据实验数据和计算结果可得出结论:小车在滑下斜面的过程中,动能E1和势能E2的数值不相等,因此机械能守恒定律不成立。

这可能是由于实验中存在能量损失,例如摩擦力的作用导致机械能的损失。

验证机械能守恒定律的实验研究

验证机械能守恒定律的实验研究

《 中物 理 》 必 修 1 鲁 科 版第 6 高 ( ) O页迷 你 小
实 验如 下 :
方 向 、 用 点 — — 重 心 , 本 节 的 重 点 和 难 点 。 为 作 是 加 深 学 生 理 解 , 实 际 教 学 过 程 中 起 到 了 良好 的 在
效果。
1 倒 滚 的 圆 锥
了便 于学 生接受 , 者在 处理 这部 分 知识 时 , 笔 自己 动手设 计 了几个 小 实验 , 来增 强学 生 的学 习兴趣 ,
速 ,低 的 能E= m ÷ 度 : = 最 点 动 ÷ = m



摆 球 重 力 势 能 的 变 化 量 A = m -一 E
图1
m h 。若 E g: 与 A 。近似 相 等 , 就 验 证 了 机械 E 也 能守恒 定律 的正 确性 。
2 用弹簧 验证机械 能守 恒定律
验 证 机 械 能 守 恒 定 律 的 实 验 研 究
口 王 中东 徐 玉 华
山 东 省 泗 水 一 中 2 3 0 720
如果 物 体 系 统 内 只有 重 力 或 弹簧 的 弹 力 做 功, 物体 的动能 和势 能可 以相互转 化 , 总的机 械 但 能 保持不 变 , 叫做 机 械 能守 恒 定 律 。而物 体 的动 能、 势能 的代数 和 , 是物体 系统 的机械 能 。若 要 就 验 证物体 系统 的机 械 能 是否 守 恒 , 须在 满 足 守 必 恒 条件 的前提 下 , 比较 动 能 和 势能 的相互 转 化 关 系或动能 、 势能 的代数 和 。 我们 一 般利 用 落体 法 来验证机械能 守恒定律 ,
成 功 地 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 。 若 从 静 止 开 始 算 起, 即 = , 更 简 便 。 在 此 介 绍 两 种 方 法 。 0则

验证机械能守恒定律的演示实验

验证机械能守恒定律的演示实验
到 光 电门 时 , 势能 减少 , 减少 的 势能 =m h 动 g ,

1 ’ 0
E u ain lE up n n x ei e t 1 2 d c t a q ime tA d E p r n .2,No 1 a u r O 6 o m Vo . ,Jn ay2 O
摆动 中机械 能守 恒 , 并 不能作 定 量验 证 。 但
目前各 种参 考资 料及 物理 实验 书 上介 绍定 量
验证 的有 : 小球 在 斜 槽 轨 道 上 滚 下 用 简 式 计 时 ①
器 计时 。 因球 在 加 速过 程 中 同 时 产 生 转 动 , 分 部 能量 转 变为小 球 本 身转 动 的 动 能 , 有 较 大 的 误 故
也 填人 表 1内。求 出 同一条 件 下 5次测 量 △ 的
实 验探 索 , 计 了一 套 较 为 完善 的 实 验 方 案 。该 设 实 验用 测 小球在 摆 动 中的两点 瞬 时速 度及 高度 来
定 量验 证该 定律 。改变把 小球 挂 在物 理支 架上 的
传 统做 法 , 而是直 接 悬挂 在黑板 上 , 样更 便于 操 这 作 及测 量 , 便 于学 生观测 。 也
器材 准 备 : 字 计 时 器 (0 0 数 J2 1型 或 J2 1—1 00
型) 1台 , 径 2 m 直 0 m高 2 m 0 m铜 质 圆柱 体 1个 , 强 磁铁 若 干 块 、 线 等 。 圆柱 体 可 用 J 17圆 柱 体 细 20 组 中 的铜 块 , 车床 上 加 工 , 度 车 至 2 i, 在 长 0 ml 并 l
1 强磁铁 .
图 l 改 进 后 的 光 电 门
2 圆柱 体 .
3 光 电 门 G 4 厚 15 m . . . m铁 板

机械能守恒定律的验证与应用实验

机械能守恒定律的验证与应用实验

机械能守恒定律的验证与应用实验引言机械能守恒定律是经典力学中的重要定律之一,它表明在一个封闭的力学系统中,当仅受重力等保守力作用时,机械能守恒,即机械能的总量保持不变。

本文将详细介绍机械能守恒定律的验证实验及其应用。

一、理论背景机械能守恒定律可以根据能量守恒定律以及势能和动能的定义推导得到。

根据能量守恒定律,一个封闭的力学系统中,总能量守恒不变。

而机械能是一个物体的动能和势能的总和,即机械能=动能+势能。

动能可以表示为动能=1/2mv²,其中m为物体的质量,v为物体的速度。

势能可以表示为势能=mgh,其中m为物体的质量,g为重力加速度,h 为物体的高度。

因此,机械能守恒定律可以表达为 E(总能量)=1/2mv²+mgh。

二、实验准备1. 实验器材:包括一个小球,一个斜面,一个测量尺,一个计时器,一个纸板和一个城市测斜仪。

2. 实验环境:实验需要在光滑的水平桌面上进行,确保斜面的固定以及测量尺的准确度。

3. 实验样品:选择质量和形状均匀的小球作为实验样品。

三、实验过程1. 预备工作:将斜面固定在水平桌面上,并测量斜面的长度和高度,使用城市测斜仪进行角度的测量并记录下来。

2. 实验一:纯滚动实验a. 将小球放在斜面的顶端,自由滚动下滑,利用计时器测量小球从斜面上滑到底部的时间t。

b. 应记录小球滑动的距离h和速度v。

c. 计算小球通过斜面时的重力势能mgh和小球在底部的动能1/2mv²。

d. 比较小球通过斜面时的重力势能与最终的动能,验证机械能守恒定律。

3. 实验二:有摩擦实验a. 在斜面上放置一个摩擦系数已知的纸板,将小球放在纸板上。

b. 让小球从斜面上滑动,利用计时器测量小球从斜面上滑到底部的时间t1,并记录下小球的滑动距离h1和速度v1。

c. 让小球在水平桌面上继续滑动一段距离,利用计时器测量小球从滑动起点滑到终点的时间t2,并记录下小球的水平滑动距离x和速度v2。

验证机械能守恒定律的演示实验

验证机械能守恒定律的演示实验

砝码牵引滑行器从低端到高端运动。该实验的优 点是可见度高, 测量误差小, 但同时存在着许多不 足之处。本人设计的方案正是在进一步体现上述 优点的基础上围绕着尽量克服上述不足展开的。 以下对两种实验进行比较, 为方便比较把用气垫 导轨为主的实验称为原实验, 把本人设计的实验 称为新实验。
( 1) 原实验整个运动系统在所有实验中只能 演示势能减少动能增加, 而不能演示动能减少势 能增加时的机械能守恒。而新实验这两种变化都 能做。
生理解概念有一定的作用, 但在学生头脑中位移、 速度与加速度概念仍是抽象的, 更缺乏对位移与 速度, 速度与加速度的直观认识, 因此学生对于这 三个物理量的理解只 能建立在老师 讲授的基础 上。通过将信息技术引入实验教学, 在加深学生 理解的基础上, 让学生在主动探究中获得知识和 技能, 增加学习的乐趣。下面将介绍如何使用气 垫导轨配合综合理科实验系统及 origin710 软件 来进行实验设计, 以实现速度与时间、加速度与时 间的关系的实时同步测量, 从而使位移与速度, 加 速度与速度的关系直观化, 以帮助学生更好地理 解与掌握位移与速度, 加速度与速度的关系。
( 收稿日期: 2005-10-20)
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Educational Equipment And Experiment Vol. 22, No. 1, January 2006
目前各种参考资料及物理实验书上介绍定量 验证的有: ¹ 小球在斜槽轨道上滚下用简式计时 器计时。因球在加速过程中同时产生转动, 部分 能量转变为小球本身转动的动能, 故有较大的误 差。 º 小车在滑道上沿斜面向下做匀加速运动用 打点计时器计时。该实验类同学生分组实验都选 用打点计时器计时, 但实验中计时器振针不断打 击纸带产生的摩擦及纸带和限位孔的摩擦都阻碍 了纸带的运动, 从而使得实验误差较大。另外计 算速度 v 时测量繁杂, 运算量很大, 实验效果不理 想。 » 用气垫导轨配合数字计时器计时。该实验 的优点是可见度高, 测量误差小。但该方法也存 在许多不足之处, 特别是不能演示动能减少势能 增加的机械能守恒。

26实验2用气垫导轨验证机械能守恒定律

26实验2用气垫导轨验证机械能守恒定律

实验2 用气垫导轨验证机械能守恒定律【实验目的】验证机械能守恒定律。

【实验器材】气垫导轨一套(含垫块、挡光框、滑块、气源等)、光电门、电子秤、直尺。

实验装置图如图2.6-4所示。

【实验原理】在无摩擦的下滑运动中,物体的重力势能和动能可以相互转化,但总的机械能守恒。

设物体在G1与G2处的瞬时速度分别为v1与1,据此可验证机械能是v2,G1与G2的高度差为h,则有mgh=m2否守恒。

【实验设计与步骤】滑块的质量用电子秤测出,在滑块m上门装d=0.5cm的挡光框,d;滑块下落的高度差h 利用光电门测出挡光时间,则滑块的速度v=tHs算出。

可利用比例关系h=L1.先把导轨调成水平,然后用垫块把导轨的一端垫高H,并从导轨标尺上读出导轨两脚间的距离L。

2.在G1与G2处安装两个光电门,并用直尺测量它们之间的距离s。

3.在滑块m上门装d=0.5cm的挡光框,使它由轨道上端任一处滑下,测出它通过光电门G1和G2的时间t1与t2,并由此计算速度v1和v2。

4.从不同位置释放滑块m,重复几次实验,在表2.6-2中记录相应数据。

【实验数据记录与分析】参考实验数据及处理结果见表2.6-2。

表2.6-2M=0.15kg,g=9.8m/s,d=0.5cm,H=7cm,L=86cm,s=50cm。

结论:在忽略各类助理的情况下,可以认为机械能守恒。

【问题与讨论】1.在本实验中,s值是大些好还是小些好?为什么?答:s值要取得小些,可减少滑块克服阻力做的功,使结果与两个值更接近。

2.在本实验中,垫块的高度h是大些好还是小些好?为什么?d 答:h值要取得大些,这样测出的速度更加精确,因为滑块的速度v=t 实际上是平均速度,近似为瞬间速度,因此时间越小速度越精确。

3.在本实验中,是否需要测量滑块的质量?滑块的质量是大些好还是小些好?答:可以不测量滑块的质量,但应使滑块质量大些,以使重力做功远大与阻力做功。

【实验拓展与改进】本实验也可以用相反的过程来验证,用轨道下端支架上的橡皮筋把滑块以足够的初速度(但不宜太大)弹出,使之沿轨道向上运动,测定它由G1到G2过程中动能的减少量和势能的增加量,看两者是否相等,测算方向同前。

验证机械能守恒定律图片1

验证机械能守恒定律图片1
高中物理必修2
实验:验证机械能守恒定律
实验目的
• 验证机械能守恒定律
实验原理
• 通过实验,求出做自由下落物体的重
力势能的减少量和相应过程中动能的
增加量,若两者在误差允许的范围内
相等,说明机械能守恒,从而验证机
械能守恒定律。
实验器材
实验内容
数据处理
• 1. 从几条打下点的纸带中挑选点迹清楚的一条纸带,从纸 带上连续选取5个清楚点进行研究,并标记好各点,用毫 米刻度尺测量出相邻两点之间的距离h1、h2......
根据公式计算物体在打下点1的瞬时的速度v根据公式计算物体在打下点2的瞬时的速度v根据公式计算物体在打下点3的瞬时的速度v根据公式计算物体在打下点4的瞬时的速度v用列表法记录的各点的速度标记点速度ms0945113513251515将1点所在平面作为重锤重力势能的零势能参考平面那么就可以计算出重锤运动到其他各点时的重力势能
• 2 17.0mm
1-2 20.8mm
2-3 24.6mm
3-4 28.4mm
4-5 32.2mm
• 3.根据公式 v1 根据公式 v
2
h1 h2 2T
,计算物体在打下点1的瞬时的速度V1,
h2 h3 ,计算物体在打下点2的瞬时的速度V2, 2T h h v3 3 4 根据公式 2T ,计算物体在打下点3的瞬时的速度V3,
0.701m
0.723m
注意事项
• 1. 打点计时器安装时,必须使纸带两限位孔在同一 竖直线上,以减小摩擦阻力。 • 2. 实验时,需保持提纸带的手不动,待接通电源, 让打点计时器工作稳定后才松开纸带让重锤下落, 以保证第一个点是一个清晰的点。 • 3. 测量下落高度时,必须从起始点算起,不能搞错, 为了减小测量h值的相对误差,选取的各个计数点 要离起点远一些,纸带也不宜过长,有效长度可在 60cm-90cm之内。
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( 收稿日期: 2005-10-20)
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Educational Equipment And Experiment Vol. 22, No. 1, January 2006
vt
t
v
0,
作如下变化
vt
=
v0+
at , 则容易导致以下
结论: 物体加速度越大, 速度一定增大; 反之, 加速 度越小, 速度也变小; 速度为零, 那么加速度也为 零; 反之, 加速度为零, 则一定有 v 等于零等。
传统的讲解方法是举出一系列实例, 用实例 帮助学生理解这三个概念。这种做法, 虽然对学
v2
( ms)
( mPs)
$E k
m
(
v
2 2
-
v
2 1
)P2
( J)
$Ep mg $h
( J)
误差 ( $Ek- $Ep)
P$Ep ( % )
误差 ( $Ep - $Ek )P
$Ek
156 015959
01 3806m
01392m
- 21 9
2
40
19146
11 0277
图3
常规实验方法中用气垫导轨的方案也能较好 化及同一时间牵引砝码动能和势能的变化来验证
地验证机械能守恒。其主要步骤是: 将导轨调平, 机械能守恒。另一种方法是将导轨调平后支脚下
用砝码牵引滑行器在水平导轨上运动, 通过测量 和计算滑行器从 G1 运动到 G2 时滑行器的动能变
垫上 垫块, 使滑行器从导轨 的高端向低端运动。 再一种方法是调平导轨后, 垫高导轨的另一端用
( 2) 原实验计算繁琐, 运算量大, 计算时要同 时考虑滑行器和牵引砝码的质量及计算他们动能 和势能的变化。新实验圆柱体的 质量 m 不必测 出, 运算方便。
( 3) 见新实验表 1、表 2, 实验误差基本接近原 实验( 原实验误差在 3% 左右) 。
( 4) 新实验保持了原实验可见度高的优点。 ( 5) 原实验中所需仪器多, 除新旧实验共同需 要的数字计 时器外还需气垫导轨、小型气源、天 平、砝码等。新实验仪器简单, 除共同使用的数字 计时器外基本上不需其他仪器, 虽然需要对光电 门、圆柱体改制, 但改制后永远可用。 ( 6) 原实验操作复杂, 需改变 G1 、G2 的位置, 气垫导 轨的高低及牵 引砝码大小等。新实验中 G1 、G2 可放置在所需的任意位置上, 只需保证圆 柱体在运动时中心能经过光电门中心。根据以上 比较可看出新实验明显优与原实验, 新实验结构 简单, 取材容易, 易于操作, 更适合教师演示。
砝码牵引滑行器从低端到高端运动。该实验的优 点是可见度高, 测量误差小, 但同时存在着许多不 足之处。本人设计的方案正是在进一步体现上述 优点的基础上围绕着尽量克服上述不足展开的。 以下对两种实验进行比较, 为方便比较把用气垫 导轨为主的实验称为原实验, 把本人设计的实验 称为新实验。
( 1) 原实验整个运动系统在所有实验中只能 演示势能减少动能增加, 而不能演示动能减少势 能增加时的机械能守恒。而新实验这两种变化都 能做。
图 1 改进后的光电门 11 强磁铁 21 圆柱体 31 光电门 G 41 厚 115 mm 铁板
51 固定螺钉 61 光电门中的线路板
方法一: 在钢性黑板上用水平尺和直尺画一 条水平直线作为基线( 为减少操作误差, 也可在厚 白纸上画上基线, 再作与基线平行的几条直线作 为释放高度 h , 用水平尺保证基线为水平直线, 然 后用胶带纸把白纸粘在黑板上) 。用强磁铁把光 电门和连有圆柱体的细线固定在钢性黑板上如图 1 所示, 光电门中心( 光束中心) 应在基线高度上。 细线长 50mm 左右, 在静止时圆柱体上下左右的 中心( 以下简称中心) 应对准光电门的中心。在基 线以上 h 高度处, 手拿圆柱体拉紧细线使圆柱体 中心在 h 高度释放, 即可用数字计时器测得圆柱 体过光电门时挡光时间 $T , 重复 5 次把测得的结 果记入表 1 内。然后改变高度 h 同样测出时间 也填入表 1 内。求出同一条件下 5 次测量 $T 的 平均 值也填入表内。因细线的长 度 m 圆柱体直 径, 可以认为圆柱体在挡光时间中的运动为直线 运动。挡光的距离 S = 圆柱体直径= 20mm, 由 v = SP$T 可求得挡光时间 平均速度, 即近似认为 圆柱体中心的即时速度。圆柱体从高度 h 运动 到光电门时, 势能减少, 减少的势能 Ep = mgh, 动
据和计算分别填入表 2 中。通过以上实验可证明 应高于 G1 和 G2, 如图 3 所示。验证势能减少动
在运动过程中机械能是时时守恒的。
能增加或动能减少势能增加的机械能守恒。
表2
实验序号
光电门 高度差 $h ( mm)
v1 = SP$T 1
$T 1
v1
( ms)
( mPs)
v 2 = SP$T 2
$T2
实验方法与实验设计
验证机械能守恒定律的演示实验
t 陈捷
浙江省宁波中学 315100
人教版全日制普通高级中学5物理6第一册第 七章第六节机械能守恒定律演示实验是: 悬挂的 小球在摆动中, 动能和势能发生相互转化( 详见教 材 129 页) 。但此实验只简单定性地表明小球在 摆动中机械能守恒, 但并不能作定量验证。
36171 015448
01 3797m
01392m
- 31 1
3
40
19115
11 0444
34188 015734
01 3810m
01392m
- 21 8
4
40
18175
11 0667
34192 015727
01 4049m
01392m
- 312
5
40
19120
11 0417
37185 015284
$T 5 22. 95 18. 81 16. 75
平均值
$T 22. 91 18. 73 16. 23
即时速度 $Ek mv 2P2 $Ep mgh
v ( mPs)
( J)
( J)
0. 8730 1. 0678 1. 2323
0. 3811m 0. 5701m 0. 7593m
0. 392m 0. 588m 0. 784m
5教学仪器与实验6第 22 卷 2006 年 第 1 期
# 11 #
信息技术与实验教学
应用数据采集器探究/ 位移与速度0 / 加速度与速度0的关系
t 刘湘敏 张军朋 郑艳秋
华南师范大学物理与电信工程学院 510006
摘 要 应用数据采集器设计了探究 / 位移与速度0 和/ 加速度 与速度关系0 的实验, 实 现了位移 与时间、速度 与时间、加 速 度与时间关系的实时同步测量, 弥补了传统实验的 不足, 有助 于消除学 生对位移 与速度, 加 速度与速 度概念之 间关系的 误 解。 关键词 位移 速度 加速度 数据采集器
初学运动学知识, 总会涉及/ 位移0, / 速度0和
/ 加速度0的概念, 初学者常常会对位移与速度关 系, 速度与加速度关系产生误解, 往往凭经验, 以
为速度越大, 位移一定越大; 或者, 有的学生认为 物体有加速度, 则物体的速度一定增大; 物体速度 v 的方向就是加速度 a 的方向; 根 据定义式 a =
# 10 #
Educational Equipment And Experiment Vol. 22, No. 1, January 2006
能增加, 增加的动能是 Ek = mv2P2。将所测的数 1 中 的数据。即可得 出机械 能守恒 定律 是否成 据和计算填入表 1 中。为了简便, 圆柱体质量不 立。 必测出设其为 m, 并保留在计算结果中。分析表
目前各种参考资料及物理实验书上介绍定量 验证的有: ¹ 小球在斜槽轨道上滚下用简式计时 器计时。因球在加速过程中同时产生转动, 部分 能量转变为小球本身转动的动能, 故有较大的误 差。 º 小车在滑道上沿斜面向下做匀加速运动用 打点计时器计时。该实验类同学生分组实验都选 用打点计时器计时, 但实验中计时器振针不断打 击纸带产生的摩擦及纸带和限位孔的摩擦都阻碍 了纸带的运动, 从而使得实验误差较大。另外计 算速度 v 时测量繁杂, 运算量很大, 实验效果不理 想。 » 用气垫导轨配合数字计时器计时。该实验 的优点是可见度高, 测量误差小。但该方法也存 在许多不足之处, 特别是不能演示动能减少势能 增加的机械能守恒。
误差 ( $Ek - $Ep )P
$Ep ( % )
- 2. 8 - 3. 1 - 3. 2
方法二: 在方法一的基础上, 再加上一个光电
门 G2 ( 原光电门 G1 ) 。光电门中心应在以 O 点为
圆心, 以 O 点到圆柱体 中心长度为半 径的圆弧
上, 如图 2 所示。手拿圆柱体拉紧细线在某一高度
上释放, 高度应高于 G2。当圆柱体从右边某高度
释放时, 在圆柱体从 G 2 运动到 G1 过程中, 动能
Ek = mv2P2 增加, 势能 Ep = mg$h 减少。当圆柱
图2
体从左边某高度释放时, 在圆柱体从 G 1 运动到
方法三: 在圆弧上按不同高度放置两个光电
G2 过程中, 动能减少势能增加。将实验所测的数 门, 手拿圆柱体拉紧细线在某一高度上释放, 高度
力时, 能量损耗的百分比少。因此选用铜块摆动 可更平稳, 效果更好。强磁体可用 J2417 手摇单 相发电机中厚为 20mm 的磁铁, 也可用 J2448 安培 定律演示器中厚为 14mm 的磁铁。为保证圆柱体 在通过光电门时不碰到光电门内侧边缘, 可把光 电门从中间锯开( 注意不要锯开线路板) , 然后用 115mm 薄铁板和螺丝固定, 光电门开口距离约为 40mm, 如图 1 所示。
表1
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