5.5(2)：验证机械能守恒定律.pptx

实验(2):验证机械能守恒定律,二、实验原理,物体在自由下落时,如果重力势能的减少量等于动能的增加量,也就是从下落起点计,mv2/2=mgh或v2/2=gh,即验证了机械能守恒定律。其中物体下落的高度h用刻度尺测出,对应的速度v运用匀变速直线运动的特点“某段位移上的平均速度等于其中间时刻的瞬时速度”来确定。,三、实验器材,铁架台、夹子、打点计时器、学生电源、纸带及复写纸片、毫米刻度尺、重物(可用钩码代替)。,一、实验目的,验证机械能守恒定律。,1.如图所示,把电磁(或电火花)打点计时器竖直地固定在铁架台上,打点计时器的两根导线接在低压交流电源上。,2.将纸带固定在重锤上,让纸带穿过打点计时器,手提着纸带使重锤靠近打点计时器。,四、实验步骤,列点来。,4.换几条纸带,重复上述步骤。,5.在打出的纸带中选择点迹清晰的纸带。在起始点标上0,在以后各点依次标上1、2、3用刻度尺测出对应下落高度h1、h2hn,利用公式vn=计算出点1、点2、点3点n的瞬时速度v1、v2、v3vn,填入实验记录表格中。,3.接通电源,释放纸带,让重物自由下落,计时器就在纸带上打出一系,五、实验注意事项,1.打点计时器安装时,必须使纸带两限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力。,2.测量下落高度时,必须从起始点算起,为了减小测量h值的相对误差,选取的各个计数点要离起始点适当远一些,纸带的有效长度可在6080cm。,3.因不需要知道动能和势能的具体数值,所以不需要测量重物的质量。,4.实验中也可采用下列方法来验证机械能守恒:(1)任取两点A、B,测出它们之间的距离hAB,算出-,在实验误差允许的条件下,若ghAB=-,则验证了机械能守恒定律;(2)从纸带上选取多个点,测量从第一点到其余各点下落的高度h,并计算各点速度的平方v2,然后以v2/2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出h图线。若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线,则验证了机械能守恒定律。,六、误差分析,1.本实验中纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功,故动能的增加量Ek稍小于重力势能的减少量Ep,即EkEp。此误差属于系统误差。改进的方法是调整器材的安装,尽可能地减小阻力。,2.本实验的另一个误差来源于长度的测量,属于偶然误差。减小误差的办法是测量下落距离时都从0点量起,一次将各打点对应的下落高度测量完,或者多次测量取平均值来减小误差。,3.实验中要保证纸带上第一、二两个实验点间距等于2mm,以确保打第一个点时,重物的速度为零,这也是造成误差的原因之一。,提升应用技巧的突破口,【例1】在“验证机械能守恒定律”的实验中,已知电磁打点计时器所用的电源的频率为50Hz,查得当地的重力加速度g=9.80m/s2,测得所用的重物质量为1.00kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带(如图所示),把第一个点记为O,另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点,经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。,(2)根据以上数据,可知重物下落时的实际加速度a=m/s2,ag(选填“大于”或“小于”),原因是。,(1)根据以上数据,可知重物由O点运动到C点,重力势能的减少量等于J,动能的增加量等于J(取三位有效数字)。,重物经过C点的即时速度vC可由下式求出,vC=,又因为T=0.02s、OD=85.73cm=0.8573m、OB=70.18cm=0.7018m,所以vC=m/s=3.89m/s,解析:(1)由题意知重物由O点运动至C点,下落的高度为hC=77.76cm=0.7776m,m=1.00kg,g=9.80m/s2,所以重力势能的减少量为Ep=mghC=1.009.800.7776J=7.62J。,故重物动能的增加量Ek为,Ek=m=1.00(3.89)2J=7.57J。,(2)根据CD-AB=2aT2,CD=OD-OC,AB=OB-OA,代入数据得a=9.75m/s2g。,实验中重锤受空气阻力,纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力作,用,导致ag。,答案:(1)7.627.57,(2)9.75小于重锤受空气阻力,纸带受限位孔(或打点计时器振针的阻力),规律总结:正确处理纸带上的数据是本实验高考命题的热点之一,须注意:(1)将点之间的距离代入相关公式进行计算时,要以“米”为单位;(2)注意题目对所求量有效数字位数的要求;(3)求速度时,不能用v=gt或v2=2gh。,【例2】,(2011海南单科)现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图甲所示,水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨;导轨上A点处有一带长方,形遮光片的滑块,其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连;遮光片两条长边与导轨垂直;导轨上B点有一光电门,可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t。用d表示A点到导轨底端C点的距离,h表示A与C的高度差,b表示遮光片的宽度,s表示A、B两点间的距离,将遮光片通过光电门的平均速度看做滑块通过B点时的瞬时速度。用g表示重力加速度。,甲,(1)若将滑块自A点由静止释放,则在滑块从A运动至B的过程中,滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为,动能的增加量可表示为。若在运动过程中机械能守恒,与s的,关系式为=。,(2)多次改变光电门的位置,每次均令滑块自同一点(A点)下滑,测量相应的s与t值。结果如下表所示:,以s为横坐标,为纵坐标,在乙图中描出第1和第5个数据点;根据5个数据点作直线,求得该直线的斜率k=104m-1s-2(保留3位有效数字)。,乙,由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出s直线的斜率k0,将k和k0进行比较,若其差值在实验允许的范围内,则可认为此实验验证了机械能守恒定律。,解析:(1)滑块的重力势能减小Mgs,砝码的重力势能增加mgs,故系统的重力势能的减小量为Mgs-mgs=(M-m)gs。滑块通过B点时的瞬时速度v=,系统动能的增加量为(M+m)v2=(M+m)。若在运动过程中机械能守恒,则有(M-m)gs=(M+m),则=,直线的斜率约为k=2.36104m-1s-2。,(2)第1和第5个数据点及所作直线见下图。,规律