第05节验证机械能守恒定律 (2).ppt

验证机械能守恒定律,制作人：杜习勇单位：新乡县高级中学,【实验目的】,【实验原理】,【实验器材】,【实验内容】,【注意事项】,【实验练习】,【误差分析】,验证机械能守恒定律。,【实验目的】,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可以相互转化，但总的机械能守恒。重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，由静止下落距离为h时物体的瞬时速度为V，则势能减少mgh，动能增加，故有,【实验原理】,mgh,利用打点计时器打出的纸带，测出重物下落的高度h，利用时间t内的平均速度等于该段时间中点时刻的瞬时速度，算出对应时刻的瞬时速度V，即可验证机械能是否守恒。,铁架台（带铁夹）、打点计时器、直尺、重锤、纸带、复写纸片、导线、电源。,【实验器材】,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,【实验内容】,(1)如图所示，把打点计时器竖直地固定在置于桌边的铁架台上，将打点计时器与电源连接好。(2)将纸带穿过打点计时器的限位孔，并把纸带的一端固定在重物上，手提纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。(3)先接通电源，松开纸带，让重物带着纸带自由下落，计时器就在纸带上打下一列小点。,(4)重复几次，得到35条纸带。(5)在打好点的纸带中挑选“点迹清楚且第一、二两点间距离约为2mm”的一条纸带，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个连续的点1、2、3，并用刻度尺依次测出各点到位置O的距离，这些距离就是物体运动到点1、2、3、时下落的高度h1、h2、h3。(6)应用平均速度就是中间时刻的瞬时速度的方法，计算出各点对应的瞬时速度V1、V2、V3。(7)计算各点对应的势能减少量mgh，以及增加的动能mV2/2，并比较是否跟理论一致。计算时g取当地的数值。,演示,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：EKAmghEKB,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。,(1)安装计时器时竖直架稳，计时器的两限位孔必须在同一竖直线上，以减少重物带动纸带下落过程受到的阻力。选用密度较大的物体做重锤，以相对减少空气阻力影响。(2)实验时必须先接通电源，然后松开纸带让重物下落。(3)测量下落高度时，必须从起始点算起。选取的各计数点要离起始点远些，可减少物体下落距离h的测量误差。纸带不宜过长，约40即可。因重物自由下落时的加速度较大，每两个计数点间的时间间隔不一定取连打5个点的时间为计时单位。,【注意事项】,(4)实验中因不需要知道动能和势能的具体数值，故不需测物体的质量m。只需要验证Vn2/2=ghn就行了。(5)实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，所以动能的增加量要小于势能的减少量。(6)纸带挑选的标准是第一、二两点间的距离接近2mm。且点迹清晰的纸带。,(1)由于测量长度带来的误差属偶然误差，减小的办法一是测距离时都从起点O量起，二是多测几次取平均值。(2)实际上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，这是属于系统误差。改进办法：只能调整器材安装，尽可能减小阻力。,【误差分析】,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？,【实验练习】,1、在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面叙述正确的是A应用天平称出重物的质量。B应当选用点迹清晰，第一、二两点距离约2mm的纸带进行测量。C操作时应先放纸带，后接通电源。D打点计时器应接在电压为46V的直流电源上。,答案：B,2、在验证重锤自由下落过程中机械能守恒的实验中，下列说法正确的是A实验时，应先接通打点计时器，等打点稳定后再释放纸带B必须用天平称量所用重锤的质量C为了方便，应在打下的纸带上每5个点取一个计数点进行测量和计算D本实验的系统误差，总是使重力势能的减少量大于动能的增加量,答案：AD,3、在“验证机械能守恒定律”的实验中：需直接测量的物理量是_；间接测量的物理量是_。,参考答案：重锤下落的高度h重锤运动的速度V,4、在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证重锤下落时重力势能的减少等于它动能的增加，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有()A用天平称出重锤的质量B把电火花计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来C把纸带的一端固定到重锤上，另一端穿过电火花计时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度D接通电源，释放纸带E用秒表测出重锤下落的时间,答案：ABE,5、在验证机械能守恒定律的实验中，打点计时器所接交流电频率为50Hz，当地重力加速度g9.80m/s2。实验选用重锤质量为m(kg)，从所打纸带中选择一条合适的纸带，此纸带第1、2点间的距离应接近_。纸带上连续的点A、B、C、D至第1点O的距离如图所示，则重锤从O运动到C，重力势