7.9验证机械能守恒定律.ppt

9实验：实验：验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律第七章第七章 机械能守机械能守恒定律恒定律【实验目的实验目的实验目的实验目的】【实验原理实验原理实验原理实验原理】【实验器材实验器材实验器材实验器材】【实验内容实验内容实验内容实验内容】【注意事项注意事项注意事项注意事项】【实验练习实验练习实验练习实验练习】电火花计时器纸带夹子重物【误差分析误差分析误差分析误差分析】验证机械能守恒定律。【实验目的实验目的实验目的实验目的】如果忽略空气的阻力，这时物体的机械能守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，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。【实验原理实验原理实验原理实验原理】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。hV铁铁架架台台（带带铁铁夹夹）、电电火火花花计计时时器器或或电电磁磁打打点点计计时时器器、毫毫米米刻刻度度尺尺、重重锤锤、纸纸带带、复复写写纸纸片、导线、电源。片、导线、电源。【实验器材实验器材实验器材实验器材】【实验内容实验内容实验内容实验内容】1、步骤(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)将纸带穿过电火花记时器或电磁打点计时器的限位孔，并把纸带的一端固定在重物上，使重物停靠在打点计时器的地方，先用手提着纸带。(3)先接通电源，后松开纸带，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。电火花计时器纸带夹子重物(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)把得到的数据填入表格里，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。2、数据记录及数据处理g9.8m/s2，T0.02s。AOEDCBh3(OD)h1(OB)h2(OC)Ep1mgh1Ep2mgh2Ep3mgh3S1(AB)S2(BC)S3(CD)S4(DE)AOEDCB3、结论：4验证守恒的方法验证守恒的方法方法一：利用起始点和第方法一：利用起始点和第n点计算点计算代入代入ghn和和 vn2，如果在实验误差允，如果在实验误差允许的范围内，许的范围内，ghn vn2，则说明机械，则说明机械能守恒定律是正确的能守恒定律是正确的方法二：任取两点计算方法二：任取两点计算(1)任取两点任取两点A、B测出测出hAB，算出，算出ghAB.(2)算出算出 vB2 vA2的值的值(3)如果在实验误差允许的范围内，如果在实验误差允许的范围内，ghAB vB2 vA2，则说明机械能守恒定律，则说明机械能守恒定律是正确的是正确的方法三：图象法从纸带上选取多方法三：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落个点，测量从第一点到其余各点的下落高度高度h，并计算各点速度的平方，并计算各点速度的平方v2，然后，然后以以 v2为纵轴，以为纵轴，以h为横轴，根据实验数为横轴，根据实验数据绘出据绘出 v2h图线若在误差允许的范图线若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，的直线，则验证了机械能守恒则验证了机械能守恒(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。(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。【注意事项注意事项注意事项注意事项】(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。(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)纸带的上端最好不要悬空提着，要保证重物下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的小点。(7)纸带挑选的标准是第一、二两点间的距离接近2mm。(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。【误差分析误差分析误差分析误差分析】【实验练习实验练习实验练习实验练习】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：B2、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：AD3、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V4、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：ABE5、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，重力势能减少_J，重锤经过C时的速度为m/s，其动能增加J，由此可得出的结论是：OABCDcm43.049.656.162.8参考答案：2mm5.50m3.30 5.45m作业练习册52-53页