探究动能定理_验证机械能守恒定律实验

(5)重复步骤4，打2~3条纸带. (6)选一条点迹清晰的纸带分析数据.
(7)将实验数据填在下表中小车质量 m= kg, 钩码质量 m0= kg 细线拉 力F=m0g= N.
计 位 功 速 度 速 度 动能的 数 移 W/J v1/m· v2/m· 变 化 点 s/m s-1 s-1 ΔEk 1 2 3 4
(2) 当他们分别用同样的橡皮条 1 双、 2 双、 3双……并起来分别进行第一次、第二次、第 三次 ……实验时 ,每次实验中橡皮条拉伸的长 度保持一致，将第一次实验中橡皮条对小车 做的功记为 W. 因橡皮条对小车做功而使小车 获得的速度可以由打点计时器和纸带测出， 如图5-5-4所示为四次实验中得到的纸带.试根 据以上信息完成表格内容的填写.
5.注意事项
(1)打点计时器要稳定地固定在铁架 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， 重力 增大 可使阻力的影响相对减小， 增大 可以减小体积，可使空气阻 密度 力减小.
(3)实验中，先接通电源，待打点 计时器工作稳定后，再松开纸带.
(3)选纸带：分两种情况说明
①应选点迹清晰；
②纸带的最前端两点间距离小于或接近 2mm的纸带.若两点间的距离大于2mm，这是 由于先释放纸带，后接通电源造成的 . 这样， 第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带 不能选.
(4) 数据处理：在起始点标上 0 ，在 以后各点依次标上 1 、 2 、 3… 用刻度尺 测出对应下落高度 h1 、 h2 、 h3… 利用公 hn1 hn1 式 vn 计算出点1、点2、点 2T 3…的瞬时速度v1、v2、v3…
“探究动能改变量与合外力 做功关系”探究方法的拓展
在“探究动能定理”实验中，某 探究小组同学设计了相关方案并选择了 如图 5-5-3 所示的器材，让小车在橡皮条 的作用下弹出后沿木板滑行，已知打点 计时器所接交流电的频率为 50Hz,试分析：
图5-5-3
图5-5-4
(1) 为了消除摩擦力的影响，应该采取的 措施是 ；
二、探究动能定理
1.实验目的
物体动能变化量 探究恒力做功与 的关系.
2.实验原理 探究恒力做功与物体动能变化量的关系， 可通过改变力对物体做的功，测出物体动能的 相应变化，从而得到恒力做功与物体动能变化 量的关系.
3.实验器材：附有定滑轮的长木板、薄 木块、小车、细线、钩码、打点计时器 ( 电 磁式或电火花式 )、交流电源 (电磁式配低压， 电火花配220V)、导线、天平(带一套砝码)、 毫米刻度尺、纸带及复写纸等.
5
(8)结论：恒力所做的功跟动能变化量之间 的关系是恒力所做的功等于物体动能的变化量.
5.注意事项 (1)钩码的总质量要远小于小车的质量.
(2) 平衡摩擦力时，不要加钩码，但应 连着纸带且接通电源. (3)小车应靠近打点计时器，并且要先 接通电源 后 放手 .
6.误差分析
(1)实验的系统误差是绳对小车的拉 力小于钩码的总重力. (2)平衡摩擦力不彻底或平衡过了也 造成误差. (3)利用打上点的纸带计算小车的速 度时，测量不准带来误差.
图5-5-7 (2)利用这个装置也可以测量重锤下 落的加速度a= m/s2.
(3)在实验中发现，重锤减少的重力 势能总大于重锤增加的动能，其原因主 要是因为在重锤带着纸带下落的过程中 存在着阻力的作用，用题目中给出的已 知量求出重锤下落过程中受到的平均阻 力大小为 N.
本题主要考查“验证机械能守 恒定律”这个实验的基本原理和应用， 还有误差分析，并且综合考查了牛顿第 二定律. (1)C点速度 AE 32.00 102 vC m / s 4.00m / s 4T 4 0.02 则C点的动能为： 1 2 1 mvC ×1.0×16J=8.00J 2 2 该过程中重力势能的减少量为 ΔEp=mg· OC =1.0×9.8×(68.97+15.24) ×10-2J=8.25J
6.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 小于 稍 重力势能的减少量 ΔEp ,即ΔEk ＜ΔEp，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.
3.实验器材
带铁夹的铁架台、重锤、打点计时器、学生 电源（交流）、纸带、复写纸、刻度尺. 4.实验步骤
(1)安装装置：按图5-5-2 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. 图5-5-2
(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.
4.实验步骤
(1)用天平测出小车质量 ,并记录.
(2) 按图 5-5-1 安装实验器材；要调 整定滑轮的高度，使细线与木板 平行 .
图5-5-1
(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定 滑轮的一端下面垫薄木块，并反复移动 其位置，直到小车在斜面上 匀速 运动 为止.
(4) 细线末端挂上钩码 ( 要使小车质 量 远大于 钩码的质量 ) ，把纸带的一 端固定在小车的后面，另一端穿过打点 计时器，接通电源放开小车，打点计时 器就在纸带上打下一系列的点，取下纸 带并标记使用的钩码质量.
实验次数 橡皮条对小 车做的功 小车速度大 小v/m· s-1 速度的平方 v2/m2· s-2
1
2
3
4
(3) 从 表 中 数 据 可 以 得 到 的 结 论 是： .
(1) 这个实验设计非常巧妙， 它很好地避开了测量物体受力的麻烦， 不需要测量和计算每次橡皮条对物体做 的功，只要确定各次做功是第一次做功 的多少倍就可以了，因为每双橡皮条的 形变都是一样的，因此每双橡皮条对物 体做的功都是一样的 . 在得出实验结论 的时候，只需要得出合外力做功与物体 动能改变量之间的比例关系即可.
(4)测量下落高度时，为了减小测 量值 h 的相对误差，选取的各个计数 点要离起始点 远 一些，纸带也不宜 过长，有效长度可在60cm~80cm之间. (5) 不 需 测 出 物 体 质 量 ， 只 需 验 1 2 证． v n ghn 即可. 2
(6) 速度不能用 vn=gtn 或 vn 2 gh 计算， n 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，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 2 1 vn 计算得到. 2 用 h gt．或 hn n n 2 2g
(2010· 安徽卷)利用图示558装置进行验证机 械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静 止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落 高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计 了以下四种测量方案． 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 v= 2gh 计算出瞬时速度v.
机
械
能验证机械能守恒定律 Nhomakorabea一、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 物体做自由落体运动时，只有重力做功， 机械能守恒，利用打点计时器在纸带上记录 h 及测算 物体自由下落的高度 ，从而验证重力势能减 瞬时速度 v 与动能增加量ΔEk= mv2相等. 少量 ΔEp=mgh 1 2
(2)对表格补充填写如下：
实验次数
橡皮条对小 车做的功 小车速度大 小v/m· s-1 速度的平方 v2/m2· s-2
1
2
2W 1.42 2.0
3
3W 1.73 3.0
4
4W 2.00 4.0
Ｗ
1.00 1.0
(3)橡皮条对小车做的功与小车获 得速度的平方之比不变.
“验证机械能守恒定律”实 验装置的迁移运用
(2)加速度 2 CE AC (16.76 15.24) 10 2 a m/s 2 2 (2 0.02) 2T
9.50m / s (3) 由牛顿第二定律得： mg-Ff=ma 即Ff=mg-ma=0.30N.
2
点评 利用落体运动来“验证机械 能守恒定律”的装置也可用来测量重力 加速度或“探究动能定理”.
在利用电 磁打点计时器(电磁 打点计时器所用电 源频率为50Hz)“验 证机械能守恒定律” 的实验中： 图5-5-6
(1) 某同学用图 5-5-6 所示装置进行 实验，得到如图5-5-7所示的纸带，把第 一个点(初速度为零)记作O点，测出点O、 A 间的距离为 68.97cm ，点 A 、 C 间的距 离 为 15.24cm ， 点 C 、 E 间 的 距 离 为 16.76cm ， 已 知 当 地 重 力 加 速 度 为 9.8m/s2 ，重锤的质量为 m=1.0kg ，则打 点计时器在打 O 点到 C 点的这段时间内， 重锤动能的增加量为 J ，重力势能 的减少量为 J.
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=v2/2g计 算得出高度h. d．用刻度尺测出物体下落的高度h，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. 以上方案中只有一种正确，正确的 是 d .(填入相应的字母)
(2)在这个实验中，采用了打点计时器 来测量物体运动的速度，在处理纸带的时 候要注意，物体开始的时候做加速运动， 当橡皮条恢复原长以后，物体做匀速运动， 所以要在纸带上选用那些间距较大且相对 均匀的点来确定小车速度.