高中物理 7.9《实验 验证机械能守恒定律》课件5 新人教版必修2.ppt

•第九节　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•通过实验，求做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量．若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．•三、实验器材•打点计时器及电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线．•四、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低压交流电源相连接．•2．接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，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，接通电源，待打点稳定后松开纸带，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．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……•六、注意事项•1．安装打点计时器时，必须使两个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．实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动．接通电源后，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点．•七、误差分析•1．本实验的误差主要来自于空气阻力及纸带和计时器限位孔之间的摩擦．故重力势能的减少量应等于动能增加量和克服阻力做功之和．所以动能的增加量应略小于重力势能的减少量．•2．偶然误差•测量长度时会带来误差，减小误差的办法是：•(1)测距离时都应从打第一个点O点量起．•(2)多测几次取平均值．•3．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ΔEk必定稍小于重力势能的减少量ΔEp.•在“验证机械能守恒定律”的实验中，有下列A至F六个步骤：•A．将打点计时器竖直固定在铁架台上•B．接通电源，再松开纸带，让重锤自由下落•C．取下纸带，更换纸带(或将纸带翻个面)，重新做实验•答案：(1)ADBCEF　(2)BCD•【针对训练】 1.关于验证机械能守恒定律的实验步骤有以下说法•A．把打点计时器固定在铁架上，并且用导线将打点计时器接在低压交流电源上•B．将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提着纸带，让重物尽量靠近打点计时器•C．松开纸带，接通电源•D．更换纸带，重复几次，选用点迹清晰且第1、2两点间距为2 mm的纸带•E．用天平称出物体的质量，利用mgh＝mv2/2验证机械能守恒定律•在上述实验步骤中错误的是______；多余的是______．•答案：C　E•在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取出的计数点．根据以上数据，可知重物(质量为m)由O点运动到B点时：•(1)重力势能的减少量为________；•(2)动能的增加量为________；•(3)根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？•(3)从(1)、(2)中计算的数据得出在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其动能的增加，机械能守恒．•重物减少的重力势能略大于其增加的动能，原因是重物在下落时要受到阻力作用(打点计时器对纸带的摩擦力、空气阻力)，克服阻力做功．•答案：(1)1.911m　(2)1.864m　(3)见解析•【题后总结】(1)动能增量略小于势能减少量，属于系统误差．•(2)注意处理数据时的单位换算．•【针对训练】 2.在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，取当地的重力加速度g＝9.8 m/s2，测得所用的重物的质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点．经测量知道A、B、C、D各点到O 的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于____J，动能的增加量等于______J(取3位有效数字)．•答案：7.62　7.56•1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要用工具直接测量的和通过计算得到的有(　　)•A．重锤的质量•B．重力加速度•C．重锤下落的高度•D．与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度•答案：CD•2．如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选中N点来验证机械能守恒定律．下面举出一些计算打N点时纸带下落速度的方法，其中正确的是(T是打点周期)(　　)•答案：C•答案：A•4．用落体法验证机械能守恒定律中•(1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为______．•A．打点计时器(包括纸带)　　B．重锤•C．天平 D．毫米刻度尺•E．秒表 F．运动小车•(2)打 点 计 时 器 的 安 装 放 置 要 求 为 ______________ _______________________________________________；•开始打点计时的时候，应先__________，然后__________．•答案：(1)ABD•(2)使两个限位孔的中线严格竖直　先接通电源　释放纸带•(3)点迹清晰点间距合适•(4)纸带通过打点计时器时的阻力和重锤所受的空气阻力　小于它所减少的重力势能　应选体积小、密度大的重锤•(5)一条过原点的倾斜直线　重力加速度•5.某个小组的三位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，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＝9.80 m/s2，打点计时器所用电源频率为f＝50 Hz，设重锤质量为1.00 kg.•(3)丙同学用AC段的平均速度作为跟B点对应的重锤的瞬时速度，若hA＝9.51 cm，hB＝12.42 cm，hc＝15.70 cm，则丙同学算得该段重锤重力势能的减少量为________J(计算结果 保 留 三 位 有 效 数 字 ， 下 同 )， 而 动 能 的 增 加 量 为________J，这样得到的结果是重力势能的减少量________动能的增加量(选填“大于”、“小于”或“等于”)．•(4)若你是指导老师，你认为三个同学的数据处理方法中较合理的是________．(选填“甲”、“乙”或“丙”，此空为不定项选择)•解析：甲同学用vB＝ngT求得的速度vB为理论值，但由于实验中存在阻力，重锤实际下落的高度比理论上在nT时间内下落的小，故造成重力势能的减少小于动能的增加．•乙同学用机械能守恒规律验证机械能守恒，故得到的重力势能的减少等于动能的增加．•答案：(1)小于　(2)等于•(3)1.22　1.20　大于　(4)丙•6．在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.00 kg.•若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示(相邻计数点时间间隔为0.02 s)，那么•(1)纸带的________端与重物相连．•(2)打 点 计 时 器 打 下 计 数 点 B时 ， 重 物 的 速 度 vB＝______________.•(3)在从起点O到打下计数点B的过程中重力势能的减少量是ΔEp＝________，此过程中重物动能的增加量是ΔEk＝________.•(4)通过计算，数值上ΔEp______ΔEk(选填“＞”、“＝”或“＜”)，这是因为______________________．•(5)实验的结论是____________________________．•答案：(1)左　(2)0.98 m/s　(3)0.49 J　0.48 J•(4)＞　实验中存在着阻力　(5)在误差允许的范围内，重物的机械能守恒。