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张前军物理教学随笔

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日志

 
 

探讨优化验证机械能守恒定律实验中动能增加量的计算方法  

2012-07-03 20:42:26|  分类: 必修2 |  标签: |举报 |字号 订阅

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写在前面:验证机械能守恒定律实验是高中物理中的一个重要实验,为了规避常规计算方法所带来的较大计算量,有时采用直接给出间接数据来处理相关问题,也有时采用拼凑的“科学”原始数据来方便运算。现遇到一道关于验证机械能守恒定律的数据题,没有计算器很笔算出正确的结果(因保留有效数字偏多,计算不能近似太多,从而计算量太大),因高考不许用计算器,今天倒逼自己另选一个比常方法更简便的方法,不知是否科学,请同行指教。

探讨优化验证机械能守恒定律实验中动能增加量的计算方法 - 张前军 - 张前军物理教学随笔

 

    例题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。质量为0.300kg的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,即可验证机械能守恒定律。(g9.8m/s2

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.释放悬挂纸带的夹子,同时接通电源开关打出一条纸带;

D.测量纸带上某些点间的距离;

E.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。

将其中操作不当的步骤对应的字母填在下面的空行内,并说明其原因。

                                                                                       

2)实验中得到如图所示的纸带,根据纸带可得重锤从B点到D点重力势能的减少量等于                  ,动能的增加量等于_________。(所有结果保留三位有效数)

 探讨优化验证机械能守恒定律实验中动能增加量的计算方法 - 张前军 - 张前军物理教学随笔

 

动能增加量计算的常规方法

vB=(4.03+4.42)/(2×0.02)cm/s=2.1125 m/s

vD=(4.80+5.18)/(2×0.02)cm/s=2.495 m/s

精确计算:Ek=0.5×0.300×(2.4952-2.11252)J=0.26435531250.264J

 

动能增加量计算的优化方法

原理:动能定理Ek=max

在纸带类实验中计算某点速度和某过程中的加速度是件常见简单的计算,在本题中

a=(4.80+5.18-4.03-4.42)/(2×0.02)2cm/s2=9.5625 m/s2

精确计算:Ek=0.300×9.5625×(4.42+4.80) ×10-2 J=0.26449875J0.264J

 

优化方法不论是从原理上讲是无懈可击的,从计算量上讲也要比常规法少得多,两个不同方法得到的结论差值也是非常小的,因此个人认为此优化方法完全可以用来计算验证机械能守恒定律实验中的动能增量。

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