高中物理 验证机械能守恒定律课件 新人教版必修2.ppt

9实验 验证机械能守恒定律 1 会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度 2 掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法 1 在只有重力做功的自由落体运动中 物体的重力势能转化为动能 总的机械能应该守恒 即mgh 2 物体下落高度的测量 通过纸带用刻度尺测出 3 物体瞬时速度的测量 计算 纸带上第n个点的瞬时速度等于这个点前后相邻两点间的平均速度 hn 1 hn 1分别为第n 1个点 第n 1个点到第一个点的距离 铁架台 带铁夹 电火花打点计时器 或电磁打点计时器 复写纸 低压交流电源 重物 带纸带夹子 纸带 导线 毫米刻度尺 一 实验步骤1 安装置 按图将检查 调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上 接好电路 2 打纸带 将纸带的一端用夹子固定在重物上 另一端穿过打点计时器的限位孔 用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方 先接通电源 后松开纸带 让重物带着纸带自由下落 更换纸带重复做3次 5次实验 3 选纸带 选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2mm的纸带 把纸带上打出的两点间的距离为2mm的第一个点作为起始点 记作o 在距离o点较远处再依次选出计数点1 2 3 4 测距离 用刻度尺测出o点到1 2 3 的距离 即为对应下落的高度h1 h2 h3 二 数据处理1 计算各点对应的瞬时速度 记下第1个点的位置o 在纸带上从离o点适当距离开始选取几个计数点1 2 3 并测量出各计数点到o点的距离h1 h2 h3 再根据公式vn 计算出1 2 3 4 n点的瞬时速度v1 v2 v3 v4 vn 2 机械能守恒验证 方法一 利用起始点和第n点 从起始点到第n个计数点 重力势能减少量为mghn 动能增加量为 计算ghn和 如果在实验误差允许的范围内ghn 则机械能守恒定律得到验证 方法二 任取两点a b 从a点到b点 重力势能减少量为mgha mghb 动能增加量为计算ghab和 如果在实验误差允许的范围内 则机械能守恒定律得到验证 方法三 图像法 计算各计数点v2 以v2为纵轴 以各计数点到第一个点的距离h为横轴 根据实验数据绘出v2 h图线 若在误差许可的范围内图像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 1 在进行长度测量时 测量及读数不准造成误差 2 重物下落要克服阻力做功 部分机械能转化成内能 下落高度越大 机械能损失越多 所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象 3 由于交流电的周期不稳定 造成打点时间间隔变化而产生误差 1 应尽可能控制实验 满足机械能守恒的条件 这就要求尽量减小各种阻力的影响 采取的措施有 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 使空气阻力减小 2 实验中 提纸带的手要保持不动 且保证纸带竖直 接通电源后 等打点计时器工作稳定再松开纸带 3 纸带选取时 1 以第一个点为起点时 要验证的是 mghn 必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点 所以前两个点的间距为 2 以下落中某点为起点时 要验证的是这时选择纸带不需要满足两点间距为2mm 4 计算速度时不能用v gt或v 否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误 5 测量下落高度时 为减小实验误差 后边的点应距起点o较远 在测量各点到o点的距离时 应当用刻度尺从o点量起 一次性读出各点到o点的距离 热点1实验器材及步骤 典例1 某同学利用重物自由下落来 验证机械能守恒定律 的实验装置如图甲所示 1 请指出实验装置中存在的明显错误 2 进行实验时 为保证重物下落时初速度为零 应 选填 a 或 b a 先接通电源 再释放纸带b 先释放纸带 再接通电源 3 根据打出的纸带 选取纸带上连续打出的1 2 3 4四个点如图乙所示 已测出点1 2 3 4到打出的第一个点o的距离分别为h1 h2 h3 h4 打点计时器的打点周期为t 若代入所测数据能满足表达式gh3 则可验证重物下落过程机械能守恒 用题目中已测出的物理量表示 标准解答 1 从图甲中的实验装置中发现 打点计时器接在了 直流电源 上 打点计时器的工作电源是 低压交流电源 因此 明显的错误是打点计时器不能接在 直流电源 上 2 为了使纸带上打下的第1个点是速度为零的初始点 应该先接通电源 让打点计时器正常工作后 再释放纸带 若先释放纸带 再接通电源 当打点计时器打点时 纸带已经下落 打下的第1个点的速度不为零 因此 为保证重物下落的初速度为零 应先接通电源 再释放纸带 3 根据实验原理 只要验证ghn vn2即可验证机械能守恒定律 因此需求解v3 根据匀变速直线运动规律关系式可得 则有 故只要在误差允许的范围内验证gh3 成立 就可验证重物下落过程中机械能守恒 答案 1 打点计时器不能接 直流电源 或打点计时器应接 交流电源 2 a 3 热点2实验数据分析与处理 典例2 2013 海南高考 某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律 已知打点计时器所用电源的频率为50hz 当地重力加速度大小为g 9 80m s2 实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示 纸带上的第一个点记为o 另选连续的三个点a b c进行测量 图中给出了这三个点到o点的距离ha hb和hc的值 回答下列问题 计算结果保留3位有效数字 1 打点计时器打b点时 重物速度的大小vb m s 2 通过分析该同学测量的实验数据 他的实验结果是否验证了机械能守恒定律 简要说明分析的依据 标准解答 1 打点计时器打b点时重物速度的大小 2 vb2 7 61 m s 2 ghb 7 70 m s 2 因为mvb2 mghb 近似验证了机械能守恒定律 或由mvb2 mghb得出其他合理的结论也可以 答案 1 3 90 2 见标准解答 典例3 某次 验证机械能守恒定律 的实验中 用6v 50hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带 如图所示 o点为重锤下落的起点 选取的计数点为a b c d 各计数点到o点的长度已在图上标出 单位为毫米 重力加速度取9 8m s2 若重锤质量为1kg 1 打点计时器打出b点时 重锤下落的速度vb m s 重锤的动能ekb j 2 从开始下落算起 打点计时器打b点时 重锤的重力势能减小量为j 3 根据纸带提供的数据 在误差允许的范围内 重锤从静止开始到打出b点的过程中 得到的结论是 标准解答 1 重锤下落的速度重锤在打出b点时的动能ekb mvb2 1 1 172j 0 68j