实验验证机械能守恒定律ppt课件 (2).ppt

复习回顾 机械能守恒定律 1 内容 2 表达式 3 适用条件 4 解题一般步骤 1 7 9实验 验证机械能守恒定律 2 一 实验目的验证机械能守恒定律 3 二 实验原理1 在只有重力做功的自由落体运动中 物体的重力势能和动能互相转化 但总的机械能保持不变 若物体某时刻瞬时速度为v 下落高度为h 则重力势能的减少量为mgh 动能的增加量为mv2 看它们在实验误差允许的范围内是否相等 若相等则验证了机械能守恒定律 4 2 速度的测量 做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度vt 计算打第n个点瞬时速度的方法是 测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn 1 由公式vn 或vn 算出 如图实 2 1所示 图实 2 1 5 三 实验器材 实验器材 打点计时器 纸带 复写纸 重物 刻度尺 铁架台 带铁夹 学生电源等 打点计时器 纸带 重物 铁架台 6 问题1 本实验要不要测量物体的质量 无需测量物体的质量 如果实验要求计算势能和动能的具体数据 那就必须要知道物体的质量 7 问题2 纸带上的第一个点为计时起点0 起始点的速度应该为零 即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚开始下落 起始点 对于实际获得的纸带 如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢 纸带上的头两个点间的距离应接近2mm 8 思考 可以回避起始点吗 即处理纸带时可以不用到起始点吗 我们可以选取A B两点 比较它们的机械能EA和EB 若以点B为0势能点 则有 EKA mg h EKB 9 问题3 如何测量物体的瞬时速度 做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度 等于相邻两点间的平均速度 10 四 实验步骤1 器材安装 如图实 2 2所示 将打点计时器固定在铁架台上 用导线将打点计时器与低压交流电源相连 此时电源开关应为断开状态 图实 2 2 11 2 打纸带 把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 用手竖直提起纸带 使重物停靠在打点计时器下方附近 应先接通电源 待计时器打点稳定后再松开纸带 让重物自由下落 打点计时器就在纸带上打出一系列的点 取下纸带 换上新的纸带重打几条 3条 5条 3 选纸带 分两种情况说明 1 应选点迹清晰 且1 2两点间距离小于或接近2mm的纸带 若1 2两点间的距离大于2mm 这是由于先释放纸带 后接通电源造成的 这样 第1个点就不是运动的起始点了 这样的纸带不能选 12 2 用 mg h验证时 由于重力势能的相对性 处理纸带时 选择适当的点为基准点 这样纸带上打出的第1 2两点间的距离是否为2mm就无关紧要了 所以只要后面的点迹清晰就可选用 13 4 求瞬时速度在第一个打点上标出O 并从稍靠后的某一点开始 依次标出1 2 3 4 并量出各点到位置O的距离h1 h2 h3 h4 用公式vn 计算出各点对应的瞬时速度v1 v2 v3 v4 14 5 守恒验证方法一 利用起始点和第n点计算 代入ghn和如果在实验误差允许的范围内 ghn 则说明机械能守恒定律是正确的 方法二 任取两点计算 1 任取两点A B测出hAB 算出ghAB 2 算出的值 3 如果在实验误差允许的范围内 ghAB 则说明机械能守恒定律是正确的 15 方法三 图象法 从纸带上选取多个点 测量从第一点到其余各点的下落高度h 并计算各点速度的平方v2 然后以v2为纵轴 以h为横轴 根据实验数据绘出v2 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 16 图象法处理数据 该图象的斜率表示什么 为什么图象通过原点 17 五 误差分析1 本实验中因重物和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 Ek Ep 这属于系统误差 改进的办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 属偶然误差 减小误差的办法是测下落距离时都从O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 3 打点计时器产生的误差 1 由于交流电周期的变化 引起打点时间间隔变化而产生误差 2 计数点选择不好 振动片振动不均匀 纸带放置方法不正确引起摩擦 造成实验误差 18 六 注意事项1 应尽可能控制实验条件 即应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 可使空气阻力减小 19 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后再松开纸带 3 验证机械能守恒时 可以不测出物体质量 只要比较和ghn是否相等即可验证机械能是否守恒 4 测量下落高度时 为了减小测量值h的相对误差 选取的各个计数点要离起始点远一些 纸带也不易过长 有效长度可在60cm 80cm之间 20 5 速度不能用vn gtn或vn 计算 因为只要认为加速度为g 机械能当然守恒 即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律 况且用vn gtn计算出的速度比实际值大 会得出机械能增加的错误结论 而因为摩擦阻力的影响 机械能应该减小 所以速度应从纸带上直接测量计算 同样的道理