高中物理课件 实验：验证机械能守恒定律

1、第第 七七 章章 实验理论指导实验理论指导 典题案例典题案例 导析导析 题型一题型一 题型二题型二 第第 9 9 节节 题型三题型三 知能演练提升知能演练提升 一、实验目的一、实验目的 通过自由落体运动验证机械能守恒定律。通过自由落体运动验证机械能守恒定律。 二、实验原理二、实验原理 在自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转在自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转 化，但总机械能守恒。化，但总机械能守恒。 方法方法1：若以重物下落的起始点：若以重物下落的起始点O为基准，设重物的质量为基准，设重物的质量 为为m，某一时刻物体下落的瞬时速度为，某一时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高

2、度为，下落高度为h，则，则 应有应有 ，借助打点计时器，测出重物某时刻的下，借助打点计时器，测出重物某时刻的下 落高度落高度h和该时刻的瞬时速度和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒。，即可验证机械能是否守恒。 三、实验器材三、实验器材 铁架台铁架台(带铁夹带铁夹)，打点计时器，重物，打点计时器，重物(带纸带夹子带纸带夹子)， 纸带数条，复写纸，导线，毫米刻度尺，学生电源纸带数条，复写纸，导线，毫米刻度尺，学生电源(交交 流流46 V)。 四、实验步骤四、实验步骤 1仪器安装仪器安装 按图按图791将检查、调整好的打点计将检查、调整好的打点计 时器竖直固定在铁架台上，接好电路。时器竖直固

3、定在铁架台上，接好电路。 2打纸带和选纸带打纸带和选纸带 打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重打纸带：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。方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。 更换纸带重复做更换纸带重复做35次实验。次实验。 选纸带：分两种情况说明。选纸带：分两种情况说明。 图图7 79 91 1 六、注意事项六、注意事项 (1)尽可能地控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，尽可能

4、地控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件， 这就要求尽量减小各种阻力，采取的措施有：这就要求尽量减小各种阻力，采取的措施有： 安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线竖直，以减安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线竖直，以减 小摩擦阻力。小摩擦阻力。 应选用质量和密度较大的重物，以减小空气阻力的影响。应选用质量和密度较大的重物，以减小空气阻力的影响。 (2)应先接通电源让打点计时器开始打点，再放开纸带让重应先接通电源让打点计时器开始打点，再放开纸带让重 物下落。物下落。 七、误差分析七、误差分析 (1)测量长度会带来偶然误差。减小偶然误差的办法：测量长度会带来偶然误差。减小偶然误差的办法：

5、测距离都应从测距离都应从O点测起；点测起； 多次测量取平均值；多次测量取平均值； 选取的计数点应尽可能离选取的计数点应尽可能离O点远些，以减小相对误差。点远些，以减小相对误差。 (2)重物在拖着纸带下落的过程中必然受到阻力作用，主要重物在拖着纸带下落的过程中必然受到阻力作用，主要 是打点计时器与纸带间的摩擦力以及空气的阻力。克服这些阻是打点计时器与纸带间的摩擦力以及空气的阻力。克服这些阻 力做功要消耗能量，所以重物动能的增加量力做功要消耗能量，所以重物动能的增加量Ek必定小于重力必定小于重力 势能的减少量势能的减少量Ep。这是实验设计上带来的系统误差。这是实验设计上带来的系统误差。 (3)打点

6、计时器周期变化带来误差。打点计时器周期变化带来误差。 例例1：在验证机械能守恒定律的实验中。在验证机械能守恒定律的实验中。 (1)从下列器材中选出实验所必须的，其编号为从下列器材中选出实验所必须的，其编号为_。 A打点计时器打点计时器(包括纸带包括纸带)； B重物；重物； C天平；天平； D毫米刻度尺；毫米刻度尺； E秒表；秒表； F小车。小车。 (2)打点计时器的安装放置要求为打点计时器的安装放置要求为_；开始；开始 打点计时的时候，应先打点计时的时候，应先_，然后，然后_ _。 (3)实验中产生系统误差的原因主要是实验中产生系统误差的原因主要是_ _，使重物获，使重物获 得的动能往往得的动

7、能往往_。为减小误差，悬。为减小误差，悬 挂在纸带下的重物应选择挂在纸带下的重物应选择_。 (2)两限位孔必须在同一竖直线上给打点计时器通两限位孔必须在同一竖直线上给打点计时器通 电释放纸带电释放纸带 (3)纸带通过打点计时器时有摩擦阻力小于所减小纸带通过打点计时器时有摩擦阻力小于所减小 的重力势能密度大一些的的重力势能密度大一些的 (4)一条通过坐标原点的倾斜直线重力加速度一条通过坐标原点的倾斜直线重力加速度 答案答案(1)ABD 例例2在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器的实验中，打点计时器 所用电源频率为所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为，当地重力

8、加速度的值为9.80 m/s2，测，测 得所用重物的质量为得所用重物的质量为1.0 kg。甲、乙、丙三个学生分别用同。甲、乙、丙三个学生分别用同 一装置打出三条纸带，量出各纸带上第一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分两点间的距离分 别为别为0.18 cm、0.18 cm和和0.25 cm，可看出其中肯定有一个学，可看出其中肯定有一个学 生在操作上出现了问题，出现的问题是生在操作上出现了问题，出现的问题是_ _。 若按实验要求正确地选出纸带如图若按实验要求正确地选出纸带如图792所示所示(相邻计数相邻计数 点的时间间隔为点的时间间隔为0.02 s)，那么：，那么： (1)纸带的

9、纸带的_端与重物相连端与重物相连(填填“左左”或或“右右”)； (2)打点计时器打下计数点打点计时器打下计数点B时，重物的速度时，重物的速度vB_； (3)从起点从起点O到打下计数点到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少的过程中重物重力势能的减少 量量Ep_，此过程中重物动能的增加量，此过程中重物动能的增加量Ek_； 图图7 79 92 2 (4)通过计算，数值上通过计算，数值上Ep_Ek(填填“”、“”或或 “”)，这是因为，这是因为_ _。 (5)实验的结论是实验的结论是_。 (6)若实验中所用电源的频率若实验中所用电源的频率f50 Hz，实验结果将会受到，实验结果将会受到 什么影响？什

10、么影响？ 例例3(2011海南高考海南高考)现要通过实现要通过实 验验证机械能守恒定律。实验装置如验验证机械能守恒定律。实验装置如 图图793所示：水平桌面上固定一倾所示：水平桌面上固定一倾 斜的气垫导轨；导轨上斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长点处有一带长 方形遮光片的滑块，其总质量为方形遮光片的滑块，其总质量为M，左，左 端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；的砝码相连； 遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以点有一光电门，可以 测量遮光片经过光电门时的挡光时间测量遮光片经过光电门时的挡光时间

11、t，用，用d表示表示A点到导轨点到导轨 底端底端C点的距离，点的距离，h表示表示A与与C的高度差，的高度差，b表示遮光片的宽表示遮光片的宽 度，度，s表示表示A、B两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速 度看作滑块通过度看作滑块通过B点时的瞬时速度。用点时的瞬时速度。用g表示重力加速度。表示重力加速度。 完成下列填空和作图；完成下列填空和作图； 图图7 79 93 3 12345 s(m)0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 t(ms)8.227.176.445.855.43 1/t2(104s 2) 1.481.952.412.923.39 以以s为横坐标，为横坐标， 为纵坐标，在图为纵坐标，在图794中的坐标纸中的坐标纸 上描出第上描出第1和第和第5个数据点；根据个数据点；根据5个数据点作直线，求得该个数据点作直线，求得该 直线的斜率直线的斜率k_104m 1s2(保留 保留3位有效数字位有效数字)。 图图7 79 94 4 (2)描点作直