高中物理实验-验证机械能守恒定律课件.ppt

9 9实验：验证机械能守恒定律实验：验证机械能守恒定律1 12 23 34 45 56 67 78 8实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻实验器材：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。度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。夹子夹子打点计时器打点计时器纸带纸带重物重物？铁架台铁架台 打点计时器及电源打点计时器及电源 重物重物 纸带纸带 铁架台（带铁夹）铁架台（带铁夹） 刻度尺刻度尺原理部分原理部分A从第一个点算起从第一个点算起本实验借助本实验借助自由落体运动自由落体运动21mgh2mv验证验证： 计时器打下的第一个点作为起始计时器打下的第一个点作为起始点，适当大距离后选一个点作终点点，适当大距离后选一个点作终点Vh注意：必须保证纸带上的第一个点迹清晰，注意：必须保证纸带上的第一个点迹清晰，且是放手时打下的第一个点。且是放手时打下的第一个点。2mm的来历？的来历？为什么不隔点选计数点进行运算？为什么不隔点选计数点进行运算？本实验要不要测量物体的质量？本实验要不要测量物体的质量？mgh =mv 21 12 2gh =v 21 12 2无需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。数据，那就必须要知道物体的质量。利用匀变速直线运动的规律利用匀变速直线运动的规律可以用可以用 AC 的平均速度代表的平均速度代表 B 的瞬时速度。的瞬时速度。BACvv请同学们独立推导此表达式请同学们独立推导此表达式纸带上的第一个点为计时起点纸带上的第一个点为计时起点0 0 （起始点的速度应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带刚开始下落）。）。gh =v 21 12 212x = = gt2 = = 9.80.022m 210-3m = = 2 mm12h起始点起始点对于实际获得的纸带，如何判定纸带上的第一个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？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纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。原理部分原理部分B舍弃前面密集的点舍弃前面密集的点2A2B2121mvmvmgh- 要证明上式是否成立，需要测量要证明上式是否成立，需要测量哪些物理量？哪些物理量？如何测量这些物理量？如何测量这些物理量？有没有有没有2mm的要求？的要求？hAB速度能不能用速度能不能用 v = = 2gh 或或 v = = gt 计算？计算？这种方法认为加速度为这种方法认为加速度为g ，由于各种摩擦阻力，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于不可避免，所以实际加速度必将小于g，这样，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能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。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到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用。能守恒定律，所以不能用。计算物体的速度，可有三种方法计算物体的速度，可有三种方法12nnvgh、2nnvgt、1132nnnhhvT-、第第1种方法种方法是根据机械能守恒是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以是验证机械能守恒定律，所以不能用不能用第第2种方法种方法认为加速度为认为加速度为g，由，由于各种摩擦阻力不可避免，所于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于以实际加速度必将小于g，这，这样将得到机械能增加的结论，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有阻力作用机械能应该是减少的，故这种方法也不能用的，故这种方法也不能用操作步骤操作步骤简述实验步骤简述实验步骤 按照课本所示装置安装打点计时器按照课本所示装置安装打点计时器 将纸带穿过计时器，下端与重物相连将纸带穿过计时器，下端与重物相连 先接通电源后释放纸带先接通电源后释放纸带 更换纸带，重复以上步骤更换纸带，重复以上步骤 选择纸带，处理数据选择纸带，处理数据注意事项注意事项1 1、选择重物时，选轻一点的好还是重一点、选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？的好？为什么？ 我们要求重物作自由落体运动，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，应采用密度较大的阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。重物。2 2、安装打点计时器时，应注意什么问题？、安装打点计时器时，应注意什么问题？ 计时器平面与纸带限位孔调整在计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计时器要稳定在铁架台上，竖直方向，计时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。并将计时器伸出桌外。3 3、这样做的目的是什么、这样做的目的是什么? ? 减小纸带与限位孔的摩擦带来的实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，有利于进便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算行计算 4 4、实验时，接通电源和释放纸带的顺序、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？怎样？先通电源，再释放纸带先通电源，再释放纸带5 5、释放纸带时应注意什么问题？、释放纸带时应注意什么问题？ 释放重物前，重物应靠近打点释放重物前，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。带的上端，确保重物由静止释放。注意事项注意事项（1）实验中打点记时器的安装，两纸带限位）实验中打点记时器的安装，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦力孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦力（2）实验时，必须先接通电源，让打点记时）实验时，必须先接通电源，让打点记时器工作正常后才松开纸带让重锤下落器工作正常后才松开纸带让重锤下落（3）打点记时器必须接）打点记时器必须接50Hz交流低压电源交流低压电源.（4）从第一点算起）从第一点算起, 第第1、2点间距约为点间距约为2mm的纸带误差小。的纸带误差小。（5）实验中，只要验证）实验中，只要验证gh是否等于是否等于v2/2即可，即可，不用测重锤的质量。不用测重锤的质量。误差分析：由于重锤克服阻力作功，所误差分析：由于重锤克服阻力作功，所以动能增加量略小于重力势能减少量。以动能增加量略小于重力势能减少量。 1 1、偶然误差：偶然误差：测量长度时会带来误差测量长度时会带来误差2 2、系统误差：系统误差：实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力（主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，故动能的增加要是打点计时器的阻力）做功，故动能的增加量量EEK K 必定稍小于势能的减少量必定稍小于势能的减少量EEP P 。练习部分练习部分A【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，的实验中， 下列物理量中需要用工具直接测量的有下列物理量中需要用工具直接测量的有_ 需要计算得到的有需要计算得到的有_ A.重锤的质量重锤的质量 B.重力加速度重力加速度 C.重锤下落的高度重锤下落的高度 D.与重锤下落高度对应的重锤的即时速度与重锤下落高度对应的重锤的即时速度巩固训练巩固训练CD【例【例3】在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”实验中，需特实验中，需特别别 注意的有注意的有_ A.称出重锤质量称出重锤质量m B.手提纸带，先接通打点计时器然后松开纸带让手提纸带，先接通打点计时器然后松开纸带让 重锤落下重锤落下 C.取下纸带，可不考虑前面较密集中的点，选某取下纸带，可不考虑前面较密集中的点，选某 个清晰的点作为起始运动点处理纸带，验证各个清晰的点作为起始运动点处理纸带，验证各 式式 D.必须选取第必须选取第1、2点间距离接近点间距离接近2mm的纸带，从的纸带，从 第第1点算起处理纸带，验证各式点算起处理纸带，验证各式巩固训练巩固训练212mghm 212mghm BD该同学用重锤在该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他用，他用AC段的段的平均速度作为跟平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为该段重锤重力势能的减少量为_，而动能，而动能的增加量为的增加量为_，(均保留均保留3位有效数字，位有效数字，重重锤质量用锤质量用m表示表示)，这样验证的系统误差总，这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量是使重力势能的减少量_动能的增加量，动能的增加量，原因是原因是_。1.22m 1.20m 重锤和纸带下落过程中要克服阻力做功重锤和纸带下落过程中要克服阻力做功 22vho21 2mvmgh2 12vhg斜率斜率 k=g巩固训练巩固训练如果以如果以v2/2为纵轴，以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据为横轴，根据实验数据绘出的绘出的v2/2h图象是图象是_该直线的斜率含义是该直线的斜率含义是_过原点的一条倾斜直线过原点的一条倾斜直线重力加速度重力加速度g练习部分练习部分B思维能力训练 为进行为进行验证机械能守恒验证机械能守恒实验，有下实验，有下列器材可选用：铁架台、打点记时器、复写列器材可选用：铁架台、打点记时器、复写纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、电纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、电键、天平，其中不必的器材是键、天平，其中不必的器材是_;_;缺少的器材是缺少的器材是_。秒表、天平秒表、天平低压直流电源低压直流电源低压交流电源低压交流电源刻度尺、重物刻度尺、重物思维能力训练 在在“验证机械能守恒验证机械能守恒”的实验中，已知打点记时的实验中，已知打点记时器所用的电源的频率器所用的电源的频率50Hz，查得当地重力加速度为，查得当地重力加速度为g=9.8m/s2,测得所用的重物的质量为测得所用的重物的质量为1.00kg。实验中。实验中得到一条如图所示点迹清晰的纸带，把第一个点记得到一条如图所示点迹清晰的纸带，把第一个点记作作O，另选连续的，另选连续的4个点个点A、B、C、D作为测量的点，作为测量的点，经测量知道经测量知道A、B、C、D各点到各点到O点的距离分别为点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm，根据以上，根据以上数据，可知重物由数据，可知重物由O点运动到点运动到C点，重力势能的减点，重力势能的减少量等于少量等于_焦，动能的增加量等于焦，动能的增加量等于_焦焦(取取3位有效数字位有效数字)。7.627.57Vc=3.89m/s 思维能力训练 在验证机械能守恒的定律时，如果以在验证机械能守恒的定律时，如果以v v2 2/2/2为纵轴，根据实验数据绘出的为纵轴，根据实验数据绘出的v v2 2/2-h/2-h图线应是图线应是_，才能验证机，才能验证机械能守恒，械能守恒，v v2 2/2-h/2-h图的斜率等于图的斜率等于_的数值。的数值。 过原点过原点O的倾斜直线的倾斜直线重力加速度重力加速度g