9实验：验证机械能守恒定律 一、实验步骤 安装：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接 接通电源，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35条纸带选纸带：选取点迹清晰的且第1、2连续连续 两点间间的距离约为约为 2 mm的纸带纸带 标数字：在打出的纸带纸带 上从打出的第1个点开始，依次标标上0、1、2、3 数据测量：测出0到点1、点2、点3的距离，即为对应为对应 的下落高度h1、h2、h3 三、注意事项 安装电电火花计时计时 器时时，应应使纸带纸带 、限位孔在同一竖竖直线线上，以减小摩擦阻力 实验时实验时 ，应应保持提纸带纸带 的手不动动，待接通电电源，让让打点计时计时 器正常工作后再松开纸带让纸带让 重物下落，以保证证打第一点时时重物开始下落 选选取纸带时纸带时 ，本着点迹清晰且第一、二两点间间的距离接近2 mm的原则则测测下落高度时时，应应从起点O算起，为为减少测测量h值值的相对误对误 差，选选取的各计计数点要适当离起点O远远些，纸带纸带 不宜过长过长 ，约约40 cm即可 不需要测测量重物的质质量 由于重物和纸带纸带 在下落过过程中要克服阻力，所以动动能的增加量Ek必定稍小于重力势势能的减少量Ep. 四、误差分析 本实验实验 的误误差主要是由于纸带测纸带测 量产产生的偶然误误差和重物和纸带纸带 运动动中空气阻力和打点计计时时器摩擦阻力引起的系统误统误 差，使动动能的增加量稍小于重力势势能的减少量 测测量时时采取多次测测量求平均值值的方法来减小偶然误误差，安装打点计时计时 器时时使两限位孔中线线竖竖直，并且选择质选择质 量适当大些，体积积尽量小些的重物来减小系统误统误 差 打点计时计时 器周期变变化带带来误误差 【典例1】 用如图图7-9-1所示的实验实验 装置验证验证 机械能守恒定律实验实验 所用的电电源为为学生电电源，输输出电压为电压为 6 V的交流电电和直流电电两种重锤锤从高处处由静止开始落下，重锤锤上拖着的纸带纸带 通过过打点计时计时 器打出一系列的点，对纸带对纸带 上的点的痕迹进进行测测量，即可验证验证 机械能守恒定律实验原理及操作 图7-9-1 (1)下面列举举了该实验该实验 的几个操作步骤骤： A按照图图示的装置安装器件； B将打点计时计时 器接到电电源的直流输输出端上； C用天平测测量出重锤锤的质质量； D释释放悬悬挂纸带纸带 的夹夹子，同时时接通电电源开关打出一条纸带纸带 ； E测测量打出的纸带纸带 上某些点之间间的距离； F根据测测量的结结果计计算重锤锤下落过过程中减少的重力势势能是否等于增加的动动能 指出其中没有必要进进行或者操作不恰当的步骤骤，将其对应对应 的字母填在下面的横线线上，并说说明原因 _ _ (2)利用这这个装置也可以测测量重锤锤下落的加速度a的数值值，如图图7-9-2所示根据打出的纸带纸带 ，选选取纸带纸带 上打出的连续连续 五个点A、B、C、D、E，测测出A点距起始点O的距离为为s0，点A、C间间的距离为为s1，点C、E间间的距离为为s2，交流电电源的频频率为为f，则则根据这这些条件计计算重锤锤下落的加速度a的表达式为为：a_. 图7-9-2 【变式1】在做“验证验证 机械能守恒定律”的实验时实验时 ，以下说说法中正确是 ()A选选用重锤时锤时 ，密度大体积积小的比密度小体积积大的好B选选用重锤时锤时 ，密度小体积积大的比密度大体积积小的好C选选用的重锤锤一定要测测其质质量D重锤锤的质质量大小与实验实验 准确性无关 解析验证机械能守恒定律实验中，由于重物要克服空气阻力做功，从而产生系统误差，选用密度大体积小的重锤能减小空气阻力的影响，从而减小误差A正确，B、D错误，因验证量中都含有质量，故不用测量重锤的质量，C错误 答案A 【典例2】 在“验证验证 机械能守恒定律”的实验实验 中，所用电电源的频频率为为50 Hz，某同学选择选择 了一条理想的纸带纸带 ，用刻度尺测测量时时各点位置对应对应 刻度尺上的读读数如图图7-9-3所示，(图图中O是打点计计时时器打的第一个点，A、B、C、D是间间隔一段所取的点，图图中单单位为为厘米)，根据实验实验 并结结合纸纸带带回答以下问题问题 ：(g取9.8 m/s2)数据处理 图7-9-3 (1)现现有器材是：电电磁打点计时计时 器；低压压交流电电源；纸带纸带 ；带夹带夹 子的重物；刻度尺；天平；导线导线 ；铁铁架台其中该实验该实验 不需要的器材是_； (2)实验时实验时 ，释释放纸带纸带 与接通电电源的合理顺顺序是_； (3)实验实验 中，要从几条打上点的纸带纸带 中挑选选第一、二两点间间的距离接近_mm并且点迹清晰的纸带进纸带进 行测测量 (4)若重物的质质量为为m kg，则则重物下落到B点时时，减少的重力势势能为为_； (5)若重物的质质量为为m kg，则则重物下落到B点时时，重物的动动能为为_； (6)由纸带计纸带计 算重物下落的加速度为为_；注：(4)、(5)、(6)三题题小数点后面保留两位小数 借题发挥在“验证机械能守恒定律”的实验中，误差的一部分来自于空气阻力及纸带和打点计时器限位孔之间的摩擦，故重力势能的减少应等于动能增加量和克服阻力做功之和，所以此题在计算结果上肯定是重力势能减少得多，动能增加得少，其差值除偶然误差外，就是上述原因造成的图7-9-4 解析vn应表示从(n1)到(n1)间的实际速度C、D对，A、B错 答案CD单击此处进入 课堂对点演练单击此处进入 活页规范训练