物理必修2 实验专题

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物理必修2 实验专题
实验一 验证机械能守恒定律
一、实验目的
验证机械能守恒定律
二、实验原理
在物体自由下落的过程中，势能减少，动能增加，但机械能守恒，即势能的减少量等于动能的增加量。如物体自由下落高度h时，其速度为v，则有。利用打点计时器和重锤，测出重锤下落的高度和此时的速度v，即可验证gh是否等于，即可证明mgh是否等于。
三、实验器材
铁架台（带铁夹）、低压交流电源、打点计时器（或电火花计时器）、纸带若干条、带夹子的重锤、毫米刻度尺。
四、实验步骤
（1）把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器连接到低压交流电源上，并选好6V的交流电压输出档。
（2）把纸带的一端固定在重锤的夹子上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手坚直提着纸带，并使重锤停靠在计时器附近。
（3）接通电源，使打点计时器正常工作，松开纸带，让重锤自由下落，使打点计时器在纸带上打下一系列的点迹，断开电源。
（4）重复3、4次，得到3、4条纸带，从中挑选出第一、第二点间的距离非常接近2mm，并且点迹清晰的纸带进行测量。
（5）在挑选出来的纸带上，记下第一个点的位置O，并在纸带上任意点开始依次选取几个点，并标上1、2、3……量出各点到O点的距离h1、h2、h3……即为对应各点重锤下落的高度。
（6）应用公式(即：中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度)，计算重锤下落的各对应点的速度v1、v2、v3……
（7）计算各点对应的势能减少量mghn和动能增加量，并列表进行比较，检验比较的结果是否与结论一致。
五、注意事项
（1）安装打点计时器时，必须使两限位孔在同一坚直线上，以减少与纸带的摩擦。
（2）打点前的纸带必须平直，不要卷曲，否则纸带在下落时会卷到打点计时器的边缘上，从而增大了摩擦。
（3）接通电源前，提纸带的手必须拿稳纸带，并使纸带保持坚直，然后接通电源，计时器正常工作后，放开纸带，使纸带从静止开始下落，保证起始点清晰。
（4）选用纸带尽量挑第1、2点的间距接近2mm的纸带。
（5）依次选取几个点1、2、3……并量出各点到位置O的距离，这些距离就是物体运动到点1、2、3……时下落的高度h1、h2、h3……这些点离起始点适当远一些，可减少高度h值的测量相对误差。
（6）因验证ghn是否等于与验证mghn或是否等于是等价的，所以不需要测量重锤的质量。
六、强化练习
1、将下列验证机械能守恒定律的实验步骤按正确顺序排列起来：
A．选取第1、2点的距离接近2mm的一条纸带，在这条纸带上选定计数点
B．将铁架台放在实验桌上，用附夹把打点计时器固定在铁架台上
C．换新纸带重复实验
D．量出从首点到各计数点间的距离，并算出各计数点的即时速度
E．比较△EK和△EP在误差允许范围内是否近似相等
F．在重锤上夹持一纸带，并将它从打点计时器的复写纸下面穿过限位孔，手持纸带保持竖直方向，接通电源后，松手让重锤牵引纸带下落，得到打点的纸带
G．计算各计数点的动能增加量△EK和势能减小量△EP
2、用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即验证机械能守恒定律。
（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；
C．用天平测出重锤的质量；
D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
E．测量纸带上某些点间的距离；
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．其中没有必要进行的或者操作不当的步骤是 （将其选项对应的字母填在横线处）。
（2）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值．如图所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出A距起始点O的距离为s0，点AC间的距离为s1，点CE间的距离为s2，使用交流电的频率为f，根据这些条件计算重锤下落的加速度a＝______ ___。
（3）在上述验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加，其原因主要是因为在重锤下落的过程中存在阻力作用，可以通过该实验装置测阻力的大小。若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，还需要测量的物理量是 。试用这些物理量和上图纸带上的数据符号表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小F？
解析：
参考答案：
1、此题正确的排序为B、F、C、A、D、G、E.
2、（1）BCD （2）（3） 重锤的质量m ， 或
实验二 探究动能定理
一、实验目的
探究合外力做功和动能变化的关系
二、实验器材
打点计时器，电源，导线，一端附有定滑轮的光滑长木板，小车，纸带，细绳，弹簧测力计，砝码盘和砝码，刻度尺
三、实验原理
用打点计时器和纸带记录下小车做匀加速运动的情况如图实6-1所示。通过测量和计算可以得到小车从O点到2、3、4、5点的距离，及在2、3、4、5点的瞬时速度。从打下0点到打下2、3、4、5点的过程中，合外力F（等于绳的拉力）对小车做的功W及小车增加的动能ΔEk，可由下式计算：
，其中n=2，3，4，5……
四、实验步骤
1、把一端附有定滑轮的光滑长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有定滑轮的一端，连接好电路（如图实6-2）。
2、在实验小车上先固定一个弹簧测力计，测力计的挂钩连接细轻绳，轻绳跨过定滑轮，挂一个小盘，盘内放砝码。试放手后，小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车后面。
3、把小车停靠在打点计时器处，先接通电源，再放开小车，让小车运动，打点计时器在纸带上打出一系列点迹。在小车运动过程中读出测力计读数F，即小车受到的拉力大小。取下纸带，换上新纸带，重复实验几次。
4、选择点迹清晰的纸带，记下第一个点的位置0，并在纸带上从任意点开始依次选取几个点，记作1，2，3，4，5，6，测量各点到0的距离x1，x2，x3，x4，x5，x6。
5、计算出打下2，3，4，5时小车的速度v2，v3，v4，v5。
6、计算从打下0点到打下2，3，4，5的过程中合外力F（大小等于测力计读数F）对小车做的功W及小车增加的动能ΔEk，并填入表格。
7、在坐标纸上画出ΔEk——W图像。
五、注意事项
1、长木板应尽量光滑，如果摩擦力较大应先平衡摩擦力，可以在长木板下端垫小目垫。
2、使用打点计时器时应先接通电源再释放小车。
六、强化练习
1、在探究动能定理的实验中，小车受到阻力，可以使木板倾斜作为补偿，下面正确的是（ ）
A．使拖着纸带的小车由静止释放，小车不动即可
B．使拖着纸带的小车由静止释放，小车能运动即可
C．沿木板向下推拖着纸带的小车，放手后打点计时器在纸带上打下的点距均匀即可
D．以上作法都不对
2、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，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∝、∝、∝等关系。
以下关于该实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条橡皮筋进行是实验时，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、……。
B．小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜。
C．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小。
D．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算。
3、图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点针时器工作频率为 50 Hz，实验的部分步骤如下：
①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；
②将小车停在打点计时器附近， ， ，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点， ；
③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作。
参考答案：
1、C 2、D 3、（1）②接通打点计时器电源；释放小车；关闭打点计时器电源；
打点
计时器
纸带
夹子
重物
A
s2
s1
B
C
D
E
s0
O
图实6-1
图实6-2
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