高中物理 实验：验证机械能守恒定律课件 新人教版必修2.ppt

实验 验证机械能守恒定律 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 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 夹子 打点计时器 纸带 重物 铁架台 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 实验步骤 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 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 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 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 问题3 如何测量物体的瞬时速度 vb va at 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 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 注意事项 4 实验用的纸带一般小于1m 从起始点开始大约能打出20个点左右 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 误差分析 1 偶然误差 测量长度时会带来误差 2 系统误差 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 数据记录 可不可以用图象处理数据 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 1 在验证机械能守恒定律时 如果以v2 2为纵轴 以h为横轴 根据实验数据绘出的图线应是 才能验证机械能守恒定律 其斜率等于的数值 2 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 3 在 验证机械能守恒定律 的实验中 1 现有器材是 打点计时器 低压电源 纸带 带夹子的重物 刻度尺 天平 导线 铁架台 其中该实验不需要的器材是 2 实验中 要从几条打上点的纸带中挑选第一 二两点间的距离接近 mm并且点迹清晰的纸带进行测量 3 某学生在实验中器材安装正确 操作规范 所用交流电的频率为50hz 但验证结果是重物增加的动能稍小于它减少的重力势能 其主要原因是 天平 h gt2 2 10 0 022 2 0 002m 2mm 纸带受到的摩擦和空气阻力做负功 4 在用自由落体运动验证机械能守恒定律的实中 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 若通过测量纸带上某两点间距离来计算瞬时速度进行验证的话 设已测得点2到4点之间距离为s1 点0到点3之间距离为s2 打点周期为t 为验证自重物开始下落到打点计时器打下点3这段时间内机械能守恒 实验结果应满足s1 s2 t之间的关系为 3 重物选取的原则应是 甲 s2 s12 8gt2 重力远远大于阻力 5 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 以a b两点为例 验证机械能是否守恒 ek mgh 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 练6 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之间的距离分别为10cm 15cm 20cm 则小车由纸带上对应打b点时运动到打c点时 小车动能增加了 j 重力势能减小了 j 实际上此过程机械能并不守恒是由于 若减小斜面倾角 将使本实验的误差 填 增大 减小 不变 增大 0 3 0 35 摩擦力对小车做了功 7 在验证机械能守恒定律时 将重物自由下落 纸带记录如图所示 计算结果取2位有效数字 t 0 02s图中纸带左端为与重物相连端 0点为重物静止时所记录的点 abc三个记数点为打点计时之点 则重物下落hb距离时 其速度vb可用计算式vb 进行计算 根据图示