验证动能定理的高中物理实验.docx
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验证动能定理的高中物理实验
验证动能定理的高中物理实验
篇一：
2015年秋季高三物理实验专题（动能定理）
高三物理实验专题
知识点一、实验原理
一、实验目的：
通过研究物体自由下落过程中动能与势能的变化，验证机械能守恒定律。
二、实验原理：
在自由落体运动中，物体的重力势能和动能相互转化，但总机械能守恒；
（1）以重物下落的起始点O点为基准，设重物下落的质量为m，某时刻的瞬时速度为v，下落的高度为h，则应该有mgh?
出速度v、下落高度h，即可验证机械能守恒；
12
mv；测2
（2）找任意两点A、B，分别测出两点的速度vA、vB以及两点间的距离?
h，若机械能守恒，有?
Ek?
?
Ep；三、实验仪器：
打点计时器、纸带、刻度尺、铁架台（带铁夹）、重物、学生电源；
四、主要步骤：
1、把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点记时器与交流电源连好；2、用手握着纸带上端并让纸带保持竖直，让重物静止地靠近打点计时器；3、接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点，断开电源；4、处理数据得出结论
五、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.选用质量、密度大的重物，减小空气阻力的影响；
3.尽量挑选第一、二两点间距接近2mm、点迹清晰呈一条直线的纸带；4.位移测量时尽量选择长一些，减小测量误差；
例题：
1、在一次实验探究课上，某同学利用自由落体来探究机械能守恒定律，该同学开始实验时的情形如图所示，他将电磁打点计时器接通低压电源后释放纸带．
（1）请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方
①；
②；
（2）该同学在教师的引导下规范了实验操作，重新进行实验，得到了几条（3-5
条）打出一系列点的纸带，在选点验证机械能守恒时，有以下几种方案，其中对选取纸带的1、2两点间距离要求小于或接近2mm的是方案，（填“一”或“二”）
方案一：
利用起始点和第n点计算；方案二，任取两点计算．
（3）该同学最终选择了方案一，结合图象法进行数据分析，他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v，根据实验数据作出
2
12
v?
h图象，其中图象的斜率表示．
2
2、某实验小组利用如图1所示的实验装置来验证机械能守恒定律．已知重锤质量m=1.00kg，当地的重力加速度g=9.80m/s2．
（1）实验小组选出一条纸带如图2所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，测得h1=12.01cm，h2=19.15cm，h3=27.86cm，打点计时器通以50Hz的交流电．根据以上数据算出：
当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了J；此时重锤的动能比开始下落时增加了J，根据计算结果可以知道该实验小组在做实验时出现的问题可能是．（计算结果保留三位有效数字）
（2）在图2所示的纸带基础上，某同学又选取了多个计数点，并测出了各计数点到第一个点O的距离h，算出了各计数点对应的速度v，以h为横轴，以v为纵轴画出的图线应是图中的______
，图线的斜率表示
______．
3、
（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：
铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。
其中不必要的器材有：
；缺少的器材是。
（2）在验证机械能守恒定律时，如果以v／2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于的数值。
（3）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图3所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2?
?
为连续的计数点。
现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。
根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为。
在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为。
要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第号和第号计数点之间的过程为研究对象。
2
（4）某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图4所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s，若重锤质量为1kg。
①打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB=m/s，重锤的动能EkB=J。
2
②从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为J。
③根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是。
知识点二、动能定理一、恒力做功1.实验装置：
2.实验原理：
mgh?
W合?
3.实验步骤：
（1）把打点计时器安装在长木板上，不挂重物时，平衡摩擦力；使小车匀速下滑，打出一条均匀的纸带；
（2）挂上重物，绕过定滑轮使细绳平行与长木板，让小车靠近打点计时器；（3）接通电源，放开纸带；小车带动下打出一条清晰的纸带；重复2~3次；（4）测出m、M、vt、v0、h；（5）处理数据，得出结论；4.注意事项：
（1）平衡摩擦力时，要轻推小车使其打出一条均匀的纸带；改变小车质量m，不需要重新平衡；
（2）要使重物的重力mg近似等于细绳对小车的拉力F，必须满足m<（1）系统误差：
F（2）偶然误差：
测量过程中读数的误差；
6.实验结论：
在误差允许范围内，合外力对物体所做的功等于物体动能的改变。
二、変力做功1.实验装置：
112
Mv2?
Mv0，通过天平测出m、M，以及纸带测出h、vt、v0。
t22
2.实验原理：
探究功与物体动能变化的关系；为简化实验可以将小车初速度设置为零；通过增加橡皮筋的条数来使橡皮筋对小车做的功成倍增加，通过打点计时器测量小车末速度。
3.实验步骤：
（1）按图所示安装好一起，平衡摩擦力；
（2）用一条橡皮筋做实验，用打点计时器测出小车的末速度v1，记录此时橡皮筋做功为W1；（3）用两条橡皮筋做实验，用打点计时器测出小车的末速度v2，记录此时橡皮筋做功为W2；（4）用三、四条。
。
。
4.注意事项：
（1）平衡摩擦力，使整个过程只有橡皮筋的力做功；
（2）橡皮筋应选取的规格要一致；
（3）测小车末速度时，要找纸带上均匀的部分来求；5.实验分析：
（1）小车末速度求法：
小车最后做匀速直线运动，用打出的均匀纸带求出末速度，v?
（2）根据数据在坐标纸上做出W—v的图像；
（3）误差分析：
①橡皮筋的粗细不一致，导致做的功与条数不成正比；
②平衡摩擦力倾角过大或过小；③纸带上没有小车匀速运动的时刻；
6.实验结论：
在误差允许范围内，功W与V的平方成正比；例题：
1、某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：
（1）你认为还需要的实验器材有．
（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是，实验时首先要做的步骤是．
（3）在
（2）的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m．让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v12、探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所示，实验主要过程如下：
（1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、?
?
；
（2）分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度、、、?
?
；（3）作出草图；
（4）分析图像。
如果图像是一条直线，表明W∝；如果不是直线，可考虑是否存在W?
v、W?
v、W?
以下关于该试验的说法中有一项不正确，它是。
A．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、?
?
。
所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。
当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、?
?
橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、?
?
实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、。
。
2
2
s；t
v等关系。
篇二：
试验验证动能定理
实验：
利用自由落体运动验证动能定理
（请注意本次实验内容与“验证机械能守恒定律”实验的实验原理、器材、理
论分析都是相同的，所以同学们慎重保管好此资料）
一．实验目的
验证物体运动过程中，合外力做功等于物体动能的改变。
二．实验原理
1．在只有重力做功的自由落体运动中。
若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力做功为__________，动能的增加量为__________，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了动能定理．
2．速度的测量：
做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度。
如下．．．．．．．．．．．．．．．．图所示，计算打第n个点瞬时速度的方法是：
测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn＋1，则vn＝__________。
若给出的数据是hn和hn＋1，则vn＝__________
【特别提醒】：
①公式中T指的是相邻计数点之间的时间间隔，任何题目肯定有明示或暗示的字词，对T的取值有说明：
若直接以纸带上连续的点作为计数点，则T=________s；．．．．．．．．
若以纸带上每5个点为一个计数点，（即在纸带上A、B之间还有4个点未标出），则T=_________s
②纸带上的数据是用刻度尺测出的物理量，单位通常是cm或mm，代入公式运算时，要注意把其化成m。
③注意看清问题的结果是保留“几位效数字”还是“小数点后几位”．．．．．．．．．．．
3.实验器材
铁架台（含铁夹），________，学生电源，纸带，复写纸，导线，_________，重物（带纸带夹）．
若使用电磁式打点计时器，其工作电压为_______V，打点周期为_______s;若使用电火花打点计时器，其工作电压为_______V，打点周期为_______s;
4.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___________，以减小摩擦阻力．
1
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，先___________，打点计时器工作稳定后，再_____________．
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．如果不测出物体质量时，只需验证_____＝ghn也可以动能定理．其中g的大小与地理位置有关，实验前必须要查阅重力加速度表，找出当地重力加速度的具体数值。
⑥．速度不能用vn＝gtn或vn?
2ghn计算。
因为在匀加速直线运动中，牛顿运动定律与
动能定理逻辑上是统一的，一旦使用牛顿运动定律公式计算，其实已经无形中认定了动能定理的正确性，再实验验证动能定理是否正确已经没有实验意义。
三．实验步骤1．仪器安装
按图5－6－2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______________的地方．先____
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