海头高级中学2012-2013学年高一下学期物理《第七章验证机械能守恒定律》.ppt

第九节 实验：验证机械能守 恒定律学.科.网 目目标导标导标导标导 航航 学习目标：1.掌握利用自由落体运动验证机械能 守恒定律. 2.知道实验的原理、方法和过程. 3.会处理实验数据，并能对实验结果进行讨论及 误差分析. 重点难点：实验条件的控制及数据处理. 学.科.网 新知初探自主学习 一、实验实验 原理 1.机械能守恒定律 (1)当只有重力做功时时，物体的动动能和重力势势能 发发生相互转转化，但机械能的总总量保持不变变 (2)做自由落体运动动的物体，只受重力作用，其 机械能是守恒的学.科.网 2.实验实验 原理 图图791 学.科.网 三、探究步骤骤 1.安装置：将打点计时计时 器固定在铁铁架台上；用 导线导线 将打点计时计时 器与低压压交流电电源相连连接 2.接电电源，打纸带纸带 ：把纸带纸带 的一端在重物上用 夹夹子固定好，另一端穿过过打点计时计时 器的限位孔 ,用手提着纸带纸带 使重物停靠在打点计时计时 器附近 ，接通电电源，待打点稳稳定后松开纸带纸带 ，让让重物 自由下落重复几次，打下35条纸带纸带 要点探究讲练互动 实验实验 数据处处理 学.科.网 (2012金陵中学高一检测检测 )某同学做验验 证证机械能守恒定律实验时实验时 ，不慎将一条挑选选出 的纸带纸带 一部分损损坏，损损坏的是前端部分剩下 的一段纸带纸带 上各相邻邻点间间的距离已测测出标标在 图图793中，单单位是cm.已知打点计时计时 器工 作频频率为为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2. 图图793 例1 (1)重物在2点的速度v2_，在5点的 速度v5_，此过程中动能增加量Ek _，重力势能减少量Ep _ (2)比较得Ek_Ep(填“大于”、“等于” 或“小于”)，原因是_由 以上可得出实验结论_ (3)根据实验判断下列图象正确的是(其中Ek表示 物体动能的变化,h表示物体下落的高度)( ) 图794 【思路点拨拨】 求某一点的速度时应时应 根据中间间 时时刻的瞬时时速度等于该过该过 程的平均速度；因为为 存在空气阻力和纸带纸带 与打点计时计时 器间间的摩擦阻 力，物体在下落过过程中减少的重力势势能并不等 于增加的动动能学.科.网 (2)显然EkEp，原因是实验中重锤要克服阻 力做功由以上可得出实验结论为：在误差允 许的范围内，机械能守恒 (3)物体机械能守恒,应有物体减少的重力势能转 化为增加的动能,即Ekmgh，可见物体增 加的动能与下落的距离成正比,选项C正确学.科.网 学.科.网 【答案】 (1)1.50 m/s 2.075 m/s 1.03m J 1.06m J (2)小于 实验中重锤要克服阻力做功 在误差 允许的范围内，机械能守恒 (3)C 误误差分析与注意事项项 1.误误差分析 (1)偶然误误差：测测量相关长长度时带时带 来的，减小 的方法是多测测几次取平均值值 (2)系统误统误 差：实验过实验过 程中要克服阻力(主要是 打点计时计时 器的阻力)做功，故动动能的增加量Ek 必定稍小于势势能的减少量Ep.再者，交流电电的 频频学.科.网 率f不是50 Hz也会带带来系统误统误 差若f50 Hz ，由于速度值值仍按频频率为为50 Hz计计算，频频率的 计计算值值比实际值实际值 偏小，周期值值偏大，算得的速 度值值偏小，动动能值值也就偏小，使EkEp的误误差 进进一步加大；根据同样样的道理，若f50 Hz， 则则可能出现现EkEp的结结果 2.注意事项 (1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中 线严格竖直，以减小摩擦阻力 (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 在用自由落体法验证机械能守恒定律 的实验中： (1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为 _ A打点计时器(包括纸带) B重锤 C天平 D毫米刻度尺 E秒表 F运动小车 例2 (2)打点计时器的安装放置要求为 _；开始打点计时的时候， 应先_，然后_ (3)计数时对所选用的纸带要求是_ (4)实验中产生系统误差的主要原因是 _；使重锤获得 的动能往往 _， 为减小误差，悬挂在纸带下的重锤应选择 _ 【精讲讲精析】 根据实验实验 原理可知选选用的器材 为为A、B、D. (2)打点计时计时 器的安装放置要求底板要竖竖直，打 点计时计时 器靠近底板安装并固定实验时应实验时应 先接 通电电源，再释释放纸带纸带 (3)计计数时对时对 所选选用的纸带纸带 要求是点迹清晰，最 初两点间间距离接近2 mm. (4)实验实验 中纸带纸带 通过过打点计时计时 器的阻力是产产生 系统误统误 差的主要原因由于阻力的作用使重锤锤 获获得的动动能往往小于它所减少的重力势势能为为 减小误误差，悬悬挂在纸带纸带 下的重锤应选择质锤应选择质 量 大，密度大的 【答案】 (1)ABD (2)底板要竖竖直，打点计时计时 器靠近底板安装并固 定 接通电电源 释释放纸带纸带 (3)点迹清晰，最初两点间间距离接近2 mm (4)纸带纸带 通过过打点计时计时 器的阻力 小于它所减少 的重力势势能 质质量大、密度大的重锤锤 实验创实验创 新 利用气垫导轨验证垫导轨验证 机械能守恒定律 ，实验实验 装置示意图图如图图795所示： 图图795 例3 学.科.网 (1)实验步骤： 将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平； 用游标卡尺测量挡光条的宽度为l9.30 mm; 由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s _ cm； 将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不 动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已能 过光电门2； 从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条 通过光电门1和光电门2所用的时间t1和t2； 用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称 出托盘和砝码的总质量m. (2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理 量的表达式 滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别 为