吉林省松原市扶余县第一中学高一物理 79 实验：验证机械能守恒定律.ppt

第七章机械能及其守恒定律 第九节实验 验证机械能守恒定律 实验目的 通过实验来研究物体自由下落过程中动能与势能的变化 从而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 练习题 1 在验证机械能守恒定律的实验中 对于自由下落的重物 下列选择条件中可取的是 a 选用重物时 重的比较好 b 选用重物时 体积小的比体积大的好 c 选定重物后 为计算其动能 势能的变化量 需要称出它的质量 d 重物所受重力应远大于它所受的空气阻力和纸带受到的打点计时器的阻力 abd 2 用自由落体法验证机械能守恒定律 下列哪些测量工具是必要的 a 天平b 弹簧测力计c 刻度尺d 停表3 利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验中 下列说法正确的是 a 重物的重力 应远大于它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力 b 操作时应先放纸带再通电 c 打点计时器应接在电压为4 6v的直流电源上 d 在验证过程中 只需比较v2 2与gh的大小即可 与重物质量无关 c ad 在用落体法验证机械能守恒定律时 某同学按照正确的操作选得纸带如图 其中o是起始点 a b c是打点计时器连续打下的3个点 该同学用毫米刻度尺测量o到a b c各点的距离 并记录在图中 单位cm 这三个数据中不符合有效数字读数要求的是 应记作 cm 4 课堂练习 oc 15 70 该同学用重锤在ob段的运动来验证机械能守恒 已知当地的重力加速度g 9 80m s2 他用ac段的平均速度作为跟b点对应的物体的即时速度 则该段重锤重力势能的减少量为 而动能的增加量为 均保留3位有效数字 重锤质量用m表示 这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量 动能的增加量 原因是 1 22m 1 20m 另一位同学根据同一条纸带 同一组数据 也用重锤在ob段的运动来验证机械能守恒 不过他数了一下 从打点计时器打下的第一个点o数起 图中的b是打点计时器打下的第9个点 因此他用vb gt计算跟b点对应的物体的即时速度 得到动能的增加