高中物理 第四章 机械能和能源 第5节 验证机械能守恒定律课件 粤教版必修2.ppt

验证机械能守恒定律 验证机械能守恒定律 1 实验目的 3 实验器材 4 实验步骤 5 实验数据 6 实验误差 一 实验目的 验证机械能守恒定律 在只有重力做功的情形下 物体的动能和重力势能发生相互转化 但机械能的总量保持不变 一 文字表述 二 守恒条件 只有重力做功 二 实验原理 在自由落体运动中 若物体下落高度h时的速度为v 则 h 分析上式 需要测量什么量 如何测 需要什么实验器材 三 实验器材 装置 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 夹子 打点计时器 纸带 重锤 铁架台 四 实验步骤 4 选择合适的纸带 处理数据 3 更换纸带 重复几次 1 将打点计时器固定在铁架台上 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 2 用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近 然后先接通电源 再松开纸带 让重物自由下落 思考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 思考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 思考3 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 思考4 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 思考5 这种方法认为加速度为g 由于各种摩擦阻力不可避免 所以实际加速度必将小于g 这样将得到机械能增加的结论 有阻力作用机械能应该是减少的 故这种方法也不能用 这种方法是根据机械能守恒定律得到的 而我们的目的就是验证机械能守恒定律 所以不能用 五 注意事项 4 末位置的点可选择倒数第一个点或倒数第二个点 从这一个点向前数4 6个点当初位置的点 可以减小这两个点的瞬时速度以及两点之间距离 高度h 测量的误差 1 安装打点计时器时 必须使两纸带限位孔在同一竖直线上 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 3 选用纸带时应尽量挑选第一 二点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带 六 数据记录及处理 可不可以用图象处理数据 九 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 六 实验误差 1 偶然误差 2 系统误差 尽量减小纸带与限位孔之间的摩擦 重物选用质量较大而体积小的物体 测量长度时会带来误差 实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力 主要是打点计时器的阻力 做功 故动能的增加量 ek必定稍小于势能的减少量 ep 实验数据参考表格 巩固训练 1 验证牛顿第二定律 及 验证机械能守恒定律 这两个实验 它们的共同之处是 a 都要用打点计时器b 都要用天平测质量c 都要用刻度尺测位移d 都要计算瞬时速度 ac 2 在 验证机械能守恒定律 的实验中 需直接测量的物理量是 a 重物的质量b 重力加速度c 重物下落的高度d 与下落高度对应的重物的瞬时速度 c 4 在 验证机械能守恒定律 的实验中 下列操作正确的是 a 先释放重物 后接通电源b 用秒表测量重物下落的时间c 打完一条纸带后 立即切断电源d 每打完一条纸带 活动复写纸位置 cd 3 在验证机械能守恒定律的实验中要用到的器材和测量仪器有 a 打点计时器b 低压交流电源c 秒表d 重锤e 铁架台和复夹f 纸带g 刻度尺h 天平 abdefg cdafeghij b 5 验证机械能守恒定律的实验 下述步骤不必要的是 a 带重锤的纸带穿过打点计时器 用手将纸带竖直提起b 用天平测出重锤的质量c 把打点计时器竖直固定在铁架台上d 把打点计时器接上低压交流电源e 松开纸带 使重锤自由下落f 闭合电键g 重做几次 选出第一 二点间距离接近2mm 点子清晰的纸带h 在纸带上 记下第一个点的位置0 并在纸带上依次选取几个点标出0 1 2 3 i 计算出与各点对应的速度v1 v2 和测出各点到0点的距离h1 h2 把数据填入表格j 算出重物运动到点1 2 3 时减少的重力势能以及增加的动能 进行验证 将必要的步骤序号按合理的顺序排列出来 1 若用公式v gt计算瞬时速度进行验证 打点计时器所接交流的频率为50hz 甲 乙两条实验纸带 应选 纸带为好 图 2 重物选取的原则应是 甲 重力远远大于阻力 6 用自由落体运动验证机械能守恒定律 1 则实验所测重力加速度值为 2 计数点2所对应的即时速度值为 3 实验中是否需要测出重物质量 因为 9 77m s2 197 95cm s 不需要 实验不需要知道动能和势能的具体数值 根据mgh mv2 2可消去m 7 在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中 物体从静止落下 并在纸带上打下从0开始的一系列的点 已知所用电源频率为50hz 每打5个点取一个计数点 各计数点与第一个点0之间的距离见下表 8 为了验证物体在自由下落过程中机械能是守恒的 将m 0 5kg的重物系上一纸带 并将纸带穿过打点计时器 当重物自由下落时 得到如图所示的记录纸带 已知打点周期t 0 02s 设当地的重力加速度g 9 9m s2 计算打a b两点时重物下落的速率va vb 取2位有效数字 以a b两点为例 验证机械能是否守恒 ek mgh 两者不完全相同的原因是 结论 1 5m s 2 1m s 0 54j 0 53j 在误差允许范围内机械能守恒 9 斜面长100cm 高60cm 某同学以质量为400g的小车沿斜面下滑来验证机械能守恒定律 他从记录小车运动的打点纸带上选取了a b c d四个计数点 已知每相邻两点间对应的时间间隔为0 1s a与b b与c c与d之