学生实验 (4).ppt

第9节实验 验证机械能守恒定律 复习回顾 1 机械能守恒定律内容 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 实验原理 2 测定第n点的瞬时速度的方法是 测出第n点的相邻的前 后两段相等时间T内下落的距离由下列公式算出 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相互转化 但总的机械能守恒 若物体由静止开始下落高度h时 其瞬时速度为v 则重力势能的减少量为 动能的增加量为 看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 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 电源 铁架台 带铁夹 夹子 刻度尺 实验步骤1 安装 将打点计时器固定在铁架台上 用导线将打点计时器与电源相连接 2 接电源 打纸带 把纸带的一端与重物相连 另一端穿过打点计时器的限位孔 用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近 先接通电源 待打点稳定后释放纸带 让重物自由下落 重复几次 打下3 5条纸带 3 选纸带 选取点迹较为清晰的 且第1 2两个计时点间的间距接近2mm的纸带 挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点 并依次标上0 1 2 3 4 数据测量 测出0到点1 点2 点3 的距离 即为对应的下落高度h1 h2 h3 应用公式计算各点对应的速度v1 v2 v3 计算各点对应的重力势能减少量和动能增加量 进行比较 实验步骤与操作 1 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 体积较小的重物 2 安装打点计时器时 应注意什么问题 使打点计时器的两个限位孔在同一竖直直线上 计时器要稳定在铁架台上 并将计时器伸出桌外 3 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 实验步骤与操作 4 实验时 接通电源和释放纸带的顺序怎样 先通电源 后释放纸带 5 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 问题1 本实验要不要测量物体的质量 如果实验要求计算重力势能减少量和动能增加量的具体数值 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 选取纸带时 注意头两个点间的距离应接近2mm 思考2 可以回避起始点吗 即处理纸带时可以不用到起始点吗 问题3 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3 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 1 安装打点计时器时 必须使两限位孔在同一竖直线上 以减小摩擦力 2 实验时 需保持提纸带的手不动 先接通电源 让打点计时器工作正常后 再释放纸带 让重物自由下落 以保证第一点是一个清晰的点 3 应选用质量和密度较大的重物 增大重力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 以减小空气阻力的影响 4 选用纸带时应尽量挑选第1 2点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带 图象法处理数据 误差分析 2 系统误差 实验中重物和纸带下落过程必然会受到摩擦阻力的作用 主要是纸带与打点计时器之间的摩擦力以及空气阻力 克服这些阻力做功要消耗能量 所以 动能的增加量 EK必定略小于重力势能的减少量 EP减 即 EK EP减 1 测量误差 偶然误差 减小测量误差的办法 一是测下落距离时都从0点量起 一次将各打点对应下落高度测量完 二是多测几次取平均值 三是选取的计数点应尽量离0点远些 以减小相对误差 1 为进行 验证机械能守恒 实验 有下列器材可选用 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 其中不必要的器材是 缺少的器材是 秒表 天平 低压直流电源 低压交流电源 刻度尺 重物 3 在 验证机械能守恒定律 的实验中 所用电源的频率为50Hz 某同学选择了一条理想的纸带 用刻度尺测量时各点位置对应刻度尺上的读数如图7 9 7所示 图中O是打点计时器打的第一个点 A B C D是间隔一段所取的点 图中单位为厘米 根据实验并结合纸带回答以下问题 g取9 8m s2 图7 9 7 1 现有器材是 电磁打点计时器 低压交流电源 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 实验时 释放纸带与接通电源的合理顺序是 3 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 4 若重物的质量为mkg 则重物下落到B点时 减少的重力势能为 5 若重物的质量为mkg 则重物下落到B点时 重物的动能为 6 由纸带计算重物下落的加速度为 注 4 5 6 三题小数点后面保留两位小数 解析 1 实验中 不需测量重物的质量 所以不需要的器材是天平 2 实验中应先接通电源 后释放纸带 3 若释放纸带时恰好打点 纸带上一 二