在验证机械能守定律时如何减小阻力

❶ 验证机械能守恒定律速度的几种求法

实验目的

学会用打点计时器验证机械能守恒定律的实验方法和技能。

实验器材

打点计时器、纸带、复写纸、低压电源、重物（附纸带夹子）、刻度尺、铁架台（附夹子）、导线。

实验原理

只有重力做功的自由落体运动遵守机械能守恒定律，即重力势能的减少量等于动能的增加量。利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度，计算出瞬时速度，即可验证物体重力势能的减少量与物体动能的增加量相等。

实验步骤

1.将打点计时器固定在支架上，并用导线将打点计时器接在交流电源上。

2.将纸带穿过打点计时器，纸带下端用夹子与重物相连，手提纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。

3.接通电源，松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打下一系列小点；重复实验几次，从几条打上点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm，且点迹清晰的纸带进行测量。

4.记下第一个点的位置O，在纸带上选取方便的个连续点1,2,3,4,5，用刻度尺测出对应的下落高度h1,h2,...；用公式计算各点对应的瞬时速度；计算各点对应的势能减少量和动能增加量，进行比较。

注意事项

1.安装打点计时器时，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦阻力。

2.实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常后才能松开纸带让重锤下落。

3.纸带上端最好不要悬空提着，而要用手按在墙上，这样可保证下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点。

4.测量下落高度时，都必须从起点算起，不能搞错。为了减小测量值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，约40cm即可；实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，所以动能的增加量必定稍小于势能的减少量。

5.因不需要知道动能的具体数值，所以不需要测出重物的质量m。

http://www.chinae.com/formaluser/experiments/gzwl/200809/17-125.asp

这个网有动画。

❷ 在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz．查得当地的重力加速度为g=9.80

（1）重力势能的减小量为：△E P =mgh OB =1.911m（J） 故答案为：1.911m． （2）B点时的速度为 v B = h AC 2T =1.944 （m/s） 重锤下落到B点时增加的动能为： △ E kB = 1 2 m v 2B =1.89m （J） 故答案为：1.89m． （3）根据计算结果可以得出该实验的实验结论． 故答案为：在允许的范围内，重锤减小的重力势能等于其动能的增加，验证了机械能守恒定律． （4）重锤减小的重力势能略大于其增加的动能，其原因是重锤在下落时要受到阻力作用（对纸带的摩擦力、空气阻力），必须克服阻力做功，减小的重力势能等于增加的动能加上克服阻力所做的功． 故答案为：重锤在下落时要受到阻力作用（对纸带的摩擦力、空气阻力），必须克服阻力做功，减小的重力势能等于增加的动能加上克服阻力所做的功．

❸ 验证机械能守恒定律选用的重物质量过大

验证机械能守恒定律实验时，发现重物减少的重力势能总是大于重物增加的动能，主要原因是空气对重物的阻力以及打点计时器对纸带的阻力，使得减少的重力势能一部分转化为内能，故C正确，A、B、D错误．
故选：C．

❹ 在“验证机械能守恒定律”的实验中：（1）下面列举了该实验的某几个操作步骤：A按照图（甲）所示的装置安

（1）A按照图（甲）所示的装置安装器材，故A正确；
B：将打点计时器应接到电源的“交流输出”上，故B错误；
C：开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差．故C错误；
D：测量打出的纸带上某些点到第一个点之间的距离，故D正确；
E：根据测量的结果计算重锤下落的过程中减少的重力势能是否等于增加的动能，故E正确；
本题选错误的，故选：BC．
（2）根据在匀变速直线运动中，连续相当时间内的位移差等于常数即△x=aT²有：
s₂-s₁=a×（2T）²=a×4T²
所以解得：a=

S2?S1

4T2

．
（3）重锤下落过程中，不可避免的受到阻力作用，因此重力势能的减小量大于动能的增加量；
重锤下落过程中，受到重力和阻力作用，根据牛顿第二定律得：mg-F=ma
所以要想测量阻力的大小，还应该测量重锤的质量m，
重锤在下落过程中受到的平均阻力的大小F=m（g-a）．
故答案为：（1）BC；（2）

S2?S1

4T2

；（3）重锤质量m，m（g-a）．

❺ 验证机械能守恒定律实验中,为什么重锤质量选用得大些,有利于减少误差

在大部分的试验中需要较大的质量或惯性来克服阻力 并减小误差
所以重锤大些 摩擦消耗的能量占总能量的比例较小 所以更为准确
若验证 可选用小重锤实验 结果与大重锤实验有误差 并且较大

❻ 在“验证机械能守恒定律”的实验中，所用电源的频率为50Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时

每两个计数点之间的时间间隔为：T=0.04s，根据利用逐差△x=aT 2 有： s 4 -s 2 =2a 1 T 2 s 3 -s 1 =2a 2 T 2 a= a 1 + a 2 2 = s 3 + s 4 - s 1 - s 2 4 T 2 =9.69m/s 2 重力势能的减小量为：△E P =mgh OB =1.91m（J） B点时的速度为：v B = s AC 2T =1.94m/s 重锤下落到B点时增加的动能为：△E K = 1 2 m v 2B =1.89mJ 根据计算结果可以得出该实验的实验结论：在误差允许的范围内，重锤减小的重力势能等于其动能的增加，验证了机械能守恒定律． 重锤减小的重力势能略大于其增加的动能，其原因是重锤在下落时要受到阻力作用（对纸带的摩擦力、空气阻力），必须克服阻力做功，减小的重力势能等于增加的动能加上克服阻力所做的功． 故答案为：（1）a=9.69m/s 2 ；（2）E k =1.89mJ； （3）不是；空气阻力以及纸带受到的打点计时器对它的阻力

❼ 检验机械能守恒定律中存在空气阻力

物体下落过程中存在阻力，重力势能没有全部转化为动能，因此重力势能的减少量△Ep大于动能的增加量为△E _K ．
故答案为：大于．

❽ 在“验证机械能守恒定律”的实验中：①为了尽可能减小误差，下列计时仪器中，最好应选择______A．秒表

①打点计时器可以用电火花打点计时器，这样能减少摩擦阻力的影响，而且效果好．
通过打点计时器打点的时间间隔可以计算出计数点之间的时间间隔，所以也不需要秒表．
故选：C．
②根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度知，
v_n=

sn+sn+1

2T

．
选项A、B、C中是利用自由落体运动公式求解，如果是自由落体运动，也不需要验证呢，故A、B、C错误．
故选：D
故答案为：（1）C（2）D

❾ 在验证机械能守恒定律的实验中①自由落下的重锤质量要大一些，这是为了减少______对实验的影响．②实验中

①实验中重锤质量选择大一些的，为了减小空气阻力和打点计时器对纸带的阻力．
②验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，两边都有质量，可以约去，所以不要测量重锤的质量．
③测量出相邻两点间的位移s₁、s₂、s₃、s₄、重锤的质量m，
根据逐差法得，a=

(s3+s4)?(s1+s2)

4T2

＝

(s3+s4)?(s1+s2)

4

f2．
根据牛顿第二定律得，mg-f=ma，
解得阻力f=m[g?

(s3+s4)?(s1+s2)

4

f2]．
故答案为：①空气阻力和打点计时器对纸带的阻力②不要③相邻两点间的位移s₁、s₂、s₃、s₄、重锤的质量m，m[g?

(s3+s4)?(s1+s2)

4

f2]．