實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(參考版)
2025-01-03 15:26本頁(yè)面
【正文】 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 ? 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ? 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 ? 二、實(shí)驗(yàn)原理 ? 1．在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能互相轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能保持不變．若物體某時(shí)刻瞬時(shí)速度為 v，下落高度為 h，則重力勢(shì)能的減少量為 mgh，動(dòng)能的增加量為 mv2，看它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律． 2 ．計(jì)算打第 n 個(gè)點(diǎn)時(shí)速度的方法：測(cè)出第 n 個(gè)點(diǎn)與相鄰前后點(diǎn)間的距離 xn和 xn ＋ 1，由公式 vn＝xn＋ xn ＋ 12 T或 vn＝hn ＋ 1－ hn － 12 T算出，如圖 1 所示． 圖 1 ? 三、實(shí)驗(yàn)器材 ? 鐵架臺(tái) (含鐵夾 )，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)生電源，紙帶，刻度尺，重物 (帶紙帶夾 )． ? 四、實(shí)驗(yàn)步驟 ? 1．按圖 2將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上，接好電路． 圖 2 ? 2．打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方．先接通電源，后松開(kāi)紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落． ? 更換紙帶重復(fù)做 3～ 5次實(shí)驗(yàn)． ? 3．選紙帶：分兩種情況說(shuō)明 ? (1)用 mgh=mv2/2驗(yàn)證， 應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，且 2兩點(diǎn)間距離小于或接近 2 mm的紙帶．若 2兩點(diǎn)間的距離大于 2 mm，這是由于先釋放紙帶，后接通電源造成的．這樣，第 1個(gè)點(diǎn)就不是運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)了，這樣的紙帶不能選． (2) 用12m v2B－12m v2A＝ m gΔ h 驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢(shì)能的相對(duì)性，處理紙帶時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)， 這樣紙帶上打出的第 1 、 2 兩點(diǎn)間的距離是否為 2 m m 就無(wú)關(guān)緊要了，所以只要后面的點(diǎn)跡清晰就可選用． 4 ．?dāng)?shù)據(jù)處理：在起始點(diǎn)標(biāo)上 0 ，在以后各點(diǎn)依次標(biāo)上 1 、 2 、 3 … 用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度 h h h3… 利用公式 vn＝hn＋1－ hn－12 T計(jì)算出點(diǎn) 1 、點(diǎn) 2 、點(diǎn) 3 ……的瞬時(shí)速度 v v v3…… 5 ．驗(yàn)證 方法一：利用起始點(diǎn)和第 n 點(diǎn)計(jì)算．代入 ghn和12v2n，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下 ghn＝12v2n，則機(jī)械能守恒定律是正確的． 方法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算． ( 1) 任取兩點(diǎn) A 、 B 測(cè)出 hAB，算出 ghAB. ( 2) 算出12v2B－12v2A的值． (3) 若在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下 ghAB＝12v2B－12v2A，則機(jī)械能守恒定律是正確的． 方法三：圖象法．從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度 h ，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以12v2為縱軸，以 h 為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出12v2－ h 圖線 . 若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為 g 的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒． ? 五、注意事項(xiàng) ? 1．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺(tái)上，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向，以減小摩擦阻力． ? 2．應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減?。? ? 3．實(shí)驗(yàn)中，需保持提紙帶的手不動(dòng)，且保證紙帶豎直，待接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后，再松開(kāi)紙帶． 4 ．測(cè)量下落高度時(shí)，為了減小測(cè)量值 h 的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)一些，紙帶也不易過(guò)長(zhǎng)，有效長(zhǎng)度可在 60 ～ 80 c m 之間． 5 ．不一定測(cè)量物體質(zhì)量，只需驗(yàn)證12v2n＝ ghn即可． 6 ．本實(shí)驗(yàn)也可研究紙帶上的第 4 點(diǎn)和后面的某點(diǎn)n 之間機(jī)械能是否守恒．這時(shí)需驗(yàn)證 m g hn 4＝12m v
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