高中物理 7.9实验：验证机械能守恒定律（探究导学课型）课件 新人教版必修2.ppt

9实验 验证机械能守恒定律 实验目的 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 实验原理 让物体自由下落 忽略阻力情况下物体的机械能守恒 有两种方案验证物体的机械能守恒 方案一 以物体自由下落的位置o为起始点 测出物体下落高度h时的速度大小v 若mv2 mgh成立 则可验证物体的机械能守恒 两个主要测量的物理量为 1 物体下落高度的测量 通过纸带用刻度尺测出o点到第n个点的距离h 2 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vn 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 方案二 测出物体下落高度h过程的初 末时刻的速度v1 v2 v1 v2的计算方法与方案一的相同 若关系式成立 则物体的机械能守恒 实验器材 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 实验过程 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 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mvn2 计算ghn和vn2 如果在实验误差允许的范围内ghn vn2 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mvb2 mva2 计算ghab和vb2 va2 如果在实验误差允许的范围内ghab vb2 va2 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 误差分析 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 注意事项 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 纸带选取 1 以第一个点为起点时 要验证的是mvn2 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h gt2 10 0 02 2m 2mm 2 以下落中某点为起点时 要验证的是mvm2 mvn2 mghmn 这时选择纸带不需要满足两点间距为2mm 3 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 类型1实验原理与操作 典题1 在 验证机械能守恒定律 的实验中 实验装置如图所示 1 如图甲所示 把纸带固定在质量为50g的钩码上 让纸带穿过打点计时器 接通电源 松开纸带 让钩码自由下落 计时器在纸带上打下一系列的点 得到如图乙所示的纸带 用刻度尺测量起始点o到各点的距离 并知道交流电源的频率是50hz 根据上述数据 在此实验中可以做到 a 测出当地重力加速度的精确值b 计算在纸带中打下d点时钩码的动能c 计算钩码下落过程中受到的合外力d 较准确地验证机械能守恒定律 2 该实验中需要直接测量的物理量是 a 质量b 下落高度c 下落时间d 瞬时速度 标准解答 1 由于钩码在下落的过程中受到未知的阻力作用 所以无法测出当地重力加速度的精确值 a错 利用匀变速直线运动规律 可计算出d点的瞬时速度 因为钩码质量已知 故可以计算出计时器在纸带上打d点时钩码的动能 b对 根据实验数据可以求得钩码的加速度 再运用牛顿第二定律可以求出所受的合力 c对 利用实验数据 可以计算出重力势能减少量和动能的增加量 通过比较动能的增加量和重力势能减少量的大小关系 可以较准确地验证机械能守恒定律 d对 2 实验中只需要用刻度尺测出各点距离o点的高度 再利用重力势能 动能表达式 结合匀变速直线运动规律就可以计算得出动能的增加量和重力势能减少量 进而达到实验目的 答案 1 b c d 2 b 类型2实验数据分析与处理 典题2 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 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 2 打点计时器打b点时 重锤