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验证机械能守恒定律:自由落体运动实验的原理与仪器

更新时间:2024-07-20 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

验证机械能守恒定律。Jho物理好资源网(原物理ok网)

今天我给学生讲解的这个实验,是为了验证机械能守恒定律。小球在下落的过程中,重力势能减小,动能增大,总机械能保持不变吗?这个实验的目的是利用自由落体运动来验证机械能守恒定律。Jho物理好资源网(原物理ok网)

在开始实验之前,需要先了解一下这个实验的原理。当物体处于自由落体状态时,根据机械能守恒定律,重力势能的减少量应该等于动能的增加量。设物体的质量为m,下落高度为h,速度为v,则重力势能的减少量为mgh,动能的增加量为mv的二分之一平方。因此,只要验证了这个等式,就能验证机械能守恒定律。Jho物理好资源网(原物理ok网)

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·其次,实验用到的实验仪器有:火花定时器,纸带,尺子,铁架打点计时器求瞬时速度,夹具。Jho物理好资源网(原物理ok网)

→步骤1:用点阵计和纸带记录自由落体过程中不同时刻夹子的位置。将铁架水平放置在桌边,确保铁架与桌边对齐。将铁夹固定在铁架上,再固定点阵计,接通电源,检查点阵计是否牢固并与铁架垂直。Jho物理好资源网(原物理ok网)

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将夹子夹在纸带一端,然后穿过打点定时器的限位孔,调节纸带,使夹子仍然靠近打点定时器,开启火花定时器,待打点稳定后松开纸带,重复操作两次,即可得到3条纸带。Jho物理好资源网(原物理ok网)

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→ 第二步:分析纸带,处理数据。从多条纸带中选出一条纸带,纸带上点清晰,两个起点之间的距离小于或接近2mm。将纸带的起点标记为0,在纸带中间选一点标记为1,再将每个点标记为2、3、4、5、6、7。用尺子测量从起点0到对应点1、2、3、4、5、6、7的下落高度,并记录在表格中。Jho物理好资源网(原物理ok网)

利用匀加速直线运动中一段时间​​内中间时刻的速度等于这段时间内的平均速度的公式,公式中的T表示相邻两点之间的时间打点计时器求瞬时速度,打点计时器的频率为50Hz,即1秒钟打出50个点,所以相邻两点之间的实际时间间隔为五十分之一秒,即0.02秒。Jho物理好资源网(原物理ok网)

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利用瞬时速度公式可计算出计数点2的瞬时速率,同理可求出点3,4,5,6,7的瞬时速度;利用减小重力势能公式可计算出计数点2的减小重力势能,同理可求出点3,4,5,6,7的减小重力势能。Jho物理好资源网(原物理ok网)

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利用动能定理公式可以计算出点2的动能,同理可以求出每个点3456的动能,由于初速度等于0,所以动能的增加量直接等于每个计数点的动能大小,从而可以求出每个计数点的动能增加量。Jho物理好资源网(原物理ok网)

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数据分析:本次实验中,数据分析表明,减小的重力势能与增加的动能之间的差异很小。因此,在允许的误差范围内,可以认为减小的重力势能等于增加的动能。Jho物理好资源网(原物理ok网)

错误分析:夹子和纸带在下落过程中都要克服阻力做功,所以夹子动能的增加量略小于重力势能的减少量。Jho物理好资源网(原物理ok网)

实验结论:实验表明,在允许的误差范围内贝语网校,夹子自由落体过程中机械能守恒。Jho物理好资源网(原物理ok网)

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