实验：验证机械能守恒定律-(公开课).ppt

1 利用自由落体运动验证机械能守恒定律 2 知道实验的原理 方法 过程 3 对实验结果的讨论及误差分析 学习目标 复习回顾 1 什么叫机械能守恒 2 机械能守恒的条件是什么 3 自由落体运动的物体 机械能守恒吗 4 机械能守恒定律的表达式是怎样的 本实验借助自由落体运动验证机械能守恒定律 实验目的 实验原理 要验证上式是否成立 需要测量哪些物理量 如何测量这些物理量 由静止释放 则 测量这些物理量 需要哪些器材 实验器材 重物 打点计时器 纸带 交流电源 导线 铁架台 附铁夹 夹子 天平 毫米刻度尺 实验步骤与操作 思考 选择重物时 选轻一点的好还是重一点的好 为什么 我们要求重物作自由落体运动 而阻力是不可避免地存在的 为了减少阻力对实验的影响 应采用密度较大的重物 用天平测量重物的质量 实验步骤与操作 思考 安装打点计时器时 应注意什么问题 计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向 计时器要稳定在铁架台上 并将计时器伸出桌外 这样做的目的是什么 减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差 保证重物有足够的下落空间 以便在纸带上能够打出较多的点 有利于进行计算 按照课本所示装置安装打点计时器 实验步骤与操作 思考 实验时 接通电源和释放纸带的顺序怎样 先通电源 再释放纸带 释放纸带时应注意什么问题 释放重物前 重物应靠近打点计时器 以便能打出较多的点 拉稳纸带的上端 确保重物由静止释放 接通电源 待计时器工作稳定后释放纸带 按如下实验步骤进行实验 用天平测量重物的质量 按照课本所示装置安装打点计时器 接通电源 待计时器工作稳定后释放纸带 及时切断电源 取下纸带 标上纸带号 更换纸带 重复以上步骤 整理器材 实验步骤与操作 本实验要不要必需测物体的质量 不是必需要测量物体的质量 mgh mv2 2 gh v2 2 如果实验要求计算势能和动能的具体数据 那就必须知道物体的质量 即 课本中所说的用天平测物体的质量 讨论课文中 纸带上某两点的距离等于重物 中的 某两点 如何选取 我们验证 需要从起始点开始算起 如右图 许多材料上指出 选取第1 2两点间距2mm的纸带 即在打第1个点的瞬间 纸带开始下落 实际上在操作中这是很难控制的 所以只要保证操作正确即可 误差也不会太大 可以想一想2mm是怎么来的 计时器打下的第一个点作为起始点 适当大距离后选一个点作终点 h gt2 2 10 0 022 2 0 002m 2mm 如何测定第n点的瞬时速度 方法 平均速度法 辨析 计算物体的速度 可有三种方法 第1 2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 数据处理 通过本实验 我们可以得到的结论是 实验结论 将实验数据填入下表 分析实验数据 结论 在实验误差允许范围内 重锤重力势能减少量等于动能的增加量 即机械能守恒 实验中 重锤的重力势能减小略大于其动能增加 其原因是下落中克服阻力做功 机械能略有减少 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 可不可以用图象处理数据 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 则有 mg h EKB EKA 思考 1 单选 在验证机械能守恒定律的实验中 需要测量的是重物的 A 质量B 下落高度C 下落时间D 瞬时速度 B 2 为进行 验证机械能守恒定律 的实验 有下列器材可供选用 铁架台 打点计时器 复写纸 纸带 秒表 低压直流电源 导线 电键 天平 其中不必要的器材有 缺少的器材是 不必要的器材有 秒表 低压直流电源 天平 缺少的器材是低压交流电源 重锤 刻度尺 3 下列关于 验证机械能守恒定律 实验的实验误差的说法 正确的是A 重物质量的称量不准会造成较大误差B 重物质量选用得大些 有利于减小误差C 重物质量选用得较小些 有利于减小误差D 打点计时器选用电磁打点计时器比电火花计时器误差要小 B 解析为减小实验误差 重物应选质量大些的 且重物质量不需称量 A C错 B正确 电磁打点计时嚣的振针与纸带间有摩擦 电火花计时器对纸带的阻力较小 故选用电磁打点计时器误差大些 D错误 4 有一条纸带 各点距A点的距离分别为d1 d2 d3 如图所示 各相邻点的时间间隔为T 要用它来验证B点到G点过程机械能是否守恒 可得BG间的距离h B点的速度表达式vB G点的速度表达式vG 如果有 则机械能守恒 5 某学生在验证机械能守恒定律的实验中有如下操作步骤 试按合理的顺序步骤序号填在下面的线上 A 断开电源 取下纸带 选出前两个点间距离接近2mm的纸带 B 把纸带固定在重锤上 C 将纸带穿过打点计时器 并把纸带上提使重锤停在靠近打点计时器的地方 D 把打点计时器固定在放于桌边的铁架台上 并与低压交流电源相连接 E 接通电源 同时释放纸带 F 求出重锤重力势能的减少量 EP和动能的增加量 EK 比较 EP和 EK得出实验结论 G 用刻度尺量出所选取的计数点到打下的第一个点0之间的距离 DBCEAGF 6 如图5 5 6是 验证机械能守恒定律 实验中打下的某一纸带示意图 其中O为起始点 A B C为某三个连续点 已知打点时间间隔 t 0 02s 用最小刻度为1mm的刻度尺量得OA 15 55cm OB 19 2cm OC 23 23cm 1 假定上述数据并没有看错 则它们中不符合数据记录要求的是段 正确的记录应是19 20cm 2 根据上述数据 当纸带打B点时 重锤 设其质量为mkg 重力势能比开始下落位置的重力势能减少了J 动能增加了J 这表明数值上 Ep Ek 填 大于 小于 或 等于 这是因为实验中有阻力 克服阻力做功要损失机械能 实验的结论是 在误差允许的范围内 重锤下落过程中 机械能是守恒的 OB 19 20 1 88m 1 84m 大于 实验中有阻力 克服阻力做功要损失机械能 7 验证 机械能守恒定律 的实验采用重物自由下落的方法 1 用公式时对纸带上起点的要求是 为此目的 所选择的纸带第一 二两点间距应接近 2 若实验中所用重锤质量m 1kg 打点纸带如下图所示 打点时间间隔为0 02s 则记录B点时 重锤的速度vB 重锤动能EkB 从开始下落起至B点 重锤的重力势能减少量是 因此可得出的结论是 初速度等于零 2mm 0 590m s 0 174J 0 176J 3 根据纸带算出相关各点的速度v 量出下落距离h 则以v2 2为纵轴 以h为横轴画出的图线应是如下图中的 图线的斜率表示 C 重力加速度g 8 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4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