高考物理一轮复习 6.4实验：验证机械能守恒定律同步课件.ppt

第4讲实验 验证机械能守恒定律 一 实验目的验证机械能守恒定律 二 实验原理1 在只有重力做功的自由落体运动中 物体的重力势能和动能互相转化 但总的机械能保持不变 若物体某时刻瞬时速度为v 下落高度为h 则重力势能的减少量为mgh 动能的增加量为mv2 看它们在实验误差允许的范围内是否相等 若相等则验证了机械能守恒定律 2 速度的测量 做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点之间的平均速度vt 2t计算打第n个点速度的方法 测出第n个点与相邻前后点间的距离sn和sn 1 由公式vn 或vn 算出 如图实 1所示 三 实验器材铁架台 含铁夹 打点计时器 学生电源 纸带 复写纸 导线 毫米刻度尺 重物 带纸带夹 四 实验操作1 实验步骤 1 安装置 按图实 2所示将检查 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 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 3 选纸带 分两种情况说明 用mvn2 mghn验证时 应选点迹清晰 且1 2两点间距离小于或接近2mm的纸带 若1 2两点间的距离大于2mm 这是由于先释放纸带后接通电源造成的 这样 第1个点就不是运动的起始点了 这样的纸带不能选 用mvb2 mva2 mg h验证时 由于重力势能的相对性 处理纸带时 选择适当的点为基准点 这样纸带上打出的第1 2两点间的距离是否大于2mm就无关紧要了 所以只要后面的点迹清晰就可选用 2 数据处理 1 测量计算在起始点标上0 在以后各点依次标上1 2 3 用刻度尺测出对应下落高度h1 h2 h3 利用公式vn 计算出点1 点2 点3 的瞬时速度v1 v2 v3 2 验证守恒法一 利用起始点和第n点计算 代入ghn和vn2 如果在实验误差允许的条件下 ghn vn2 则机械能守恒定律是正确的 法二 任取两点计算 任取两点a b测出hab 算出ghab 算出vb2 va2的值 在实验误差允许的条件下 如果ghab vb2 va2 则机械能守恒定律是正确的 法三 图象法 从纸带上选取多个点 测量从第一点到其余各点的下落高度h 并计算各点速度的平方v2 然后以v2为纵轴 以h为横轴 根据实验数据绘出v2 h图线 若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线 则验证了机械能守恒 五 注意事项1 打点计时器要稳定地固定在铁架台上 打点计时器平面与纸带限位孔调整到竖直方向 以减小摩擦阻力 2 重物要选用密度大 体积小的物体 这样可以减小空气阻力的影响 从而减小实验误差 3 实验中 需保持提纸带的手不动 且保证纸带竖直 待接通电源 打点计时器工作稳定后 再松开纸带 4 速度不能用vn gtn或vn 计算 因为只要认为加速度为g 机械能当然守恒 即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律 况且用vn gtn计算出的速度比实际值大 会得出机械能增加的结论 而因为摩擦阻力的影响 机械能应该减小 所以速度应从纸带上直接测量计算 同样的道理 重物下落的高度h 也只能用刻度尺直接测量 而不能用hn gtn2或hn 计算得到 六 误差分析1 本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力 空气阻力 打点计时器阻力 做功 故动能的增加量 ek稍小于重力势能的减少量 ep 即 ek ep 这属于系统误差 改进的办法是调整器材的安装 尽可能地减少阻力 2 本实验的另一个误差来源于长度的测量 属偶然误差 减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起 一次将各打点对应的下落高度测量完 或者采用多次测量取平均值来减小误差 2011 茂名模拟 1 在 验证机械能守恒定律 的实验中 有如下可供选择的实验器材 铁架台 打点计时器以及复写纸 纸带 低压直流电源 天平 秒表 导线 电键 其中不必要的器材是 缺少的器材是 2 用如图实 3所示的实验装置验证机械能守恒定律 实验所用的电源为学生电源 输出电压有6v的交流电和直流电两种 重锤从高处由静止开始落下 重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点 对纸带上的点的痕迹进行测量 即可验证机械能守恒定律 图实 3 下面列举了该实验的几个操作步骤 a 按照图示的装置安装器件 b 将打点计时器接到电源的直流输出端上 c 用天平测量出重锤的质量 d 释放悬挂纸带的夹子 同时接通电源开关打出一条纸带 e 测量打出的纸带上某些点之间的距离 f 根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤 将其选项对应的字母填在下面的横线上 并说明其原因 答 解析 1 不必要的器材是低压直流电源 天平 秒表 缺少的器材是低压交流电源 重物 刻度尺 2 步骤b是错误的 应该接到电源的交流输出端 步骤d是错误的 应该先接通电源 待打点稳定后再释放纸带 步骤c不必要 因为根据测量原理 重锤的动能和势能中都包含了质量m 可以约去 答案 见解析 在利用电磁打点计时器 电磁打点计时器所用电源频率为50hz 验证机械能守恒定律 的实验中 1 某同学用如图实 4所示的装置进行实验 得到如图实 5所示的纸带 把第一个点 初速度为零 记作o点 测出点o a间的距离为68 97cm 点a c间的距离为15 24cm 点c e间的距离为16 76cm 已知当地的重力加速度为9 8m s2 重锤的质量为m 1 0kg 则打点计时器在打o点到c点的这段时间内 重锤动能的增加量为 j 重力势能的减少量为 j 2 利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a m s2 3 在实验中发现 重锤减少的重力势能总大于重锤增加的动能 其原因主要是因为在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力的作用 用题目中给出的已知量求出重锤下落过程中受到的平均阻力大小为 n 图实 5 解析 本题主要考查 验证机械能守恒定律 这个实验的基本原理 应用及误差分析 并且综合考查了牛顿第二定律 1 c点速度vc m s 4 00m s该过程动能的增加量 ek mvc2 1 0 4 00 2j 8 00j该过程重