高中物理 第七章 机械能守恒定律 第9节 实验：验证机械能守恒定律课件 新人教版必修2.ppt

第七章 实验理论指导 典题案例导析 题型一 题型二 第9节 题型三 知能演练提升 一 实验目的通过自由落体运动验证机械能守恒定律 二 实验原理在自由落体运动中 物体的重力势能和动能可以相互转化 但总机械能守恒 方法1 若以重物下落的起始点o为基准 设重物的质量为m 某一时刻物体下落的瞬时速度为v 下落高度为h 则应有 借助打点计时器 测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v 即可验证机械能是否守恒 三 实验器材铁架台 带铁夹 打点计时器 重物 带纸带夹子 纸带数条 复写纸 导线 毫米刻度尺 学生电源 交流4 6v 四 实验步骤1 仪器安装按图7 9 1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 打纸带和选纸带打纸带 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 选纸带 分两种情况说明 图7 9 1 六 注意事项 1 尽可能地控制实验条件 即应满足机械能守恒的条件 这就要求尽量减小各种阻力 采取的措施有 安装打点计时器时 必须使两个限位孔的中线竖直 以减小摩擦阻力 应选用质量和密度较大的重物 以减小空气阻力的影响 2 应先接通电源让打点计时器开始打点 再放开纸带让重物下落 七 误差分析 1 测量长度会带来偶然误差 减小偶然误差的办法 测距离都应从o点测起 多次测量取平均值 选取的计数点应尽可能离o点远些 以减小相对误差 2 重物在拖着纸带下落的过程中必然受到阻力作用 主要是打点计时器与纸带间的摩擦力以及空气的阻力 克服这些阻力做功要消耗能量 所以重物动能的增加量 ek必定小于重力势能的减少量 ep 这是实验设计上带来的系统误差 3 打点计时器周期变化带来误差 例1 在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须的 其编号为 a 打点计时器 包括纸带 b 重物 c 天平 d 毫米刻度尺 e 秒表 f 小车 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 实验中产生系统误差的原因主要是 使重物获得的动能往往 为减小误差 悬挂在纸带下的重物应选择 2 两限位孔必须在同一竖直线上给打点计时器通电释放纸带 3 纸带通过打点计时器时有摩擦阻力小于所减小的重力势能密度大一些的 4 一条通过坐标原点的倾斜直线重力加速度 答案 1 abd 例2 在 验证机械能守恒定律 的实验中 打点计时器所用电源频率为50hz 当地重力加速度的值为9 80m s2 测得所用重物的质量为1 0kg 甲 乙 丙三个学生分别用同一装置打出三条纸带 量出各纸带上第1 2两点间的距离分别为0 18cm 0 18cm和0 25cm 可看出其中肯定有一个学生在操作上出现了问题 出现的问题是 若按实验要求正确地选出纸带如图7 9 2所示 相邻计数点的时间间隔为0 02s 那么 1 纸带的 端与重物相连 填 左 或 右 2 打点计时器打下计数点b时 重物的速度vb 3 从起点o到打下计数点b的过程中重物重力势能的减少量 ep 此过程中重物动能的增加量 ek 图7 9 2 4 通过计算 数值上 ep ek 填 或 这是因为 5 实验的结论是 6 若实验中所用电源的频率f 50hz 实验结果将会受到什么影响 例3 2011 海南高考 现要通过实验验证机械能守恒定律 实验装置如图7 9 3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两点的距离 将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过b点时的瞬时速度 用g表示重力加速度 完成下列填空和作图 图7 9 3 以s为横坐标 为纵坐标 在图7 9 4中的坐标纸上描出第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 1 s 2 保留3位有效数字 图7 9 4 2 描点作直线 略 由图可得斜率k 2 40 104m 1 s 2 由数学知只可得k01 2