【联盟教学资源】2013高中物理(新人教必修二)同步课件：第七章 9《实验 验证机械能守恒定律》.ppt

9实验：验证机械能守恒定律1实验原理：自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转化，总的机械能守恒设某时刻物体的瞬时速度为 v，下落高度为 h，则有_利用打点计时器，通过纸带测出重物某时刻下落的高度及该时刻的_，即可验证机械能守恒定律瞬时速度刻度尺低压交流电源2实验器材：打点计时器、_、纸带、复写纸片、重物、_、带有夹子的铁架台、导线等3减小实验误差：为了减小阻力对实验的影响，应采用密度_(填“较大”或“较小”)的重物，纸带应_放置较大竖直4关于“验证机械能守恒定律”的实验，下列叙述的步骤中，正确的或必要的是()CA利用天平测出重锤的质量B采用直流低压电源接打点计时器C先接通电源，后释放纸带D用秒表测出重锤下落的时间5在“验证机械能守恒定律”的实验中，通过计算得到的有()A重锤的质量DB重锤的下落时间C重锤的下落高度D与重锤下落高度对应的瞬时速度解析：重锤的质量不需要测量；打点计时器是计时的仪器，故下落时间不需要计算；重锤下落的高度要测量出来；只有与重锤下落高度对应的瞬时速度需要用平均速度计算出来落体法验证机械能守恒定律【实验目的】研究物体自由下落过程中动能与势能的变化，从而验证机械能守恒定律增加量为mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若【实验原理】(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互相转化，但总的机械能保持不变若物体某时刻的瞬时速度为 v，下落高度为 h，则重力势能的减少量为 mgh，动能的12相等则验证了机械能守恒定律(2)速度的测量：做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度计算打第 n 个点时的瞬时速度的方法是：测出第 n 个点前后相邻两段相等时间 T 内下落的距离 xn 和 xn1，由公式 vn_算出，如图 791 所示图 791【实验器材】铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带纸带夹子)、纸带若干条、复写纸片、导线、刻度尺、学生电源等xnxn12T【实验步骤】(1)安装：如图 792 所示，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图 792(2)纸带打点：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，先_，待打点稳定后再_，让重物自由下落重复几次，打下 35 条纸带(3)选纸带：选取点迹较为清晰的纸带，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：测出点 0 到点 1、点 2、点 3的距离，即为对应的下落高度 h1、h2、h3接通电源释放纸带【注意事项】(1)打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向上，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)实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带(4)测下落的高度时，要从第一个打的点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完【误差分析】(1)本实验中，因重物和纸带在下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量一定略小于重力势能的减少量，这是不可避免的，属于系统误差，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力(2)本实验的另一误差来源于长度的测量，属于偶然误差减小误差的方法是测量物体的下落距离时，所选的距离尽可能大一些，或者多次测量取平均值【例题】(1)为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关其中不必要的器材是_，缺少的器材是_(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，查得当地的重力加速度 g9.8 m/s2，测得所用重物的质量为 1.00 kg.实验中得到的一条点迹清晰的纸带，如图 793 所示，把第一个点记为 O，另选连续的 4个点 A、B、C、D 作为测量点，待测量后知道 A、B、C、D 各点到 O 点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76cm、85.73cm.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(取三位有效数字)图 793解析：(1)打点计时器工作是需要用交流电源的，故低压直流电源应该换成低压交流电源；在该实验中，物体的质量可以不用测量，用不到天平；打点计时器已经起到计时的作用，秒表是多余的，而且打点计时器比秒表计时更精确答案：(1)低压直流电源、天平、秒表低压交流电源、重锤、刻度尺(2)7.62 7.57【触类旁通】1在“验证机械能守恒定律”的实验中，有下述步骤：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，让重物自由下落；C取下纸带，换新纸带，重新实验；D将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带；E选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度 h1、h2、h3、hn，计算出对应的瞬时速度；以上实验步骤的合理顺序是_ADBCEF2在“用落体法验证机械能守恒定律”的实验中：(1)所用重锤的质量 m1.0 kg，打点计时器所用电源的频率为 50 Hz，打下的纸带如图 794 所示(图中的数据为从起始点 O 到该点的距离)，则在打 B 点时，重锤的速度 vB_m/s，重锤的动能 EkB_J，从开始下落到打 B 点时，重锤的势能减少量是_ J(取两位有效数字)图 794(2)根据纸带算出各点的速度 v，量出下落距离 h，则以 v2为纵轴，h 为横轴，画出的图线应是下图中的()答案：(1)0.79 0.310.32(2)C