第7.9节_实验：验证机械能守恒定律﹎.ppt

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1、复习回顾,机械能守恒定律,1、内容：,2、表达式：,3、适用条件：,4、解题一般步骤：,7.9 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 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， 动能的增加量为 mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律,2速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度vt 计算打第n个点瞬时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn1，由公式vn

2、或vn 算出，如图实21所示,图实21,三、实验器材,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。,打点计时器,纸带,重物,铁架台,问题1,本实验要不要测量物体的质量？,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数据，那就必须要知道物体的质量。,问题2,纸带上的第一个点为计时起点0 （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带刚开始下落）。,起始点,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？,纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。,思考,可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）?,我们可以

3、选取A、B两点，比较它们的机械能EA和EB。若以点B为0 势能点，则有： EKAmghEKB,问题3,如何测量物体的瞬时速度?,做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。,四、实验步骤 1器材安装：如图实22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，此时电源开关应为断开状态,图实22,2打纸带：把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，用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，应先接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重物自由下落，打点 计时器就在纸带上打出一系列的点取下纸带，换上新的纸带重打几条(3条5条),3

4、选纸带：分两种情况说明 (1)应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 mm 的纸带，若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选,(2)用 mgh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用,4求瞬时速度 在第一个打点上标出O，并从稍靠后的某一点开始， 依次标出1、2、3、4并量出各点到位置O的距离h1、 h2、h3、h4.用公式vn 计算出各点对 应的瞬时速度v1、v2、v3、v4 .,5守恒验证

5、 方法一：利用起始点和第n点计算代入ghn和如果在实验误差允许的范围内，ghn 则说明机械能守恒定律是正确的 方法二：任取两点计算 (1)任取两点A、B测出hAB，算出ghAB. (2)算出 的值 (3)如果在实验误差允许的范围内，ghAB 则说明机械能守恒定律是正确的,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高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以 v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出 v2h图线若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律,图象法处理数据,该图象的斜率表示什么？,为什么图象通过原点？,五、误差分析 1本实验中因重物和

6、纸带在下落过程中要克服各种阻力 (空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量Ek 稍小于重力势能的减少量Ep，即EkEp，这属于系统误差改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力,2本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差减小误差的办法是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值,3打点计时器产生的误差 (1)由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差； (2)计数点选择不好，振动片振动不均匀，纸带放置方法不正确引起摩擦，造成实验误差,六、注意事项 1应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取

7、的措施有： (1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，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,2实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直 接通电源后，等打点计时器工作稳定后再松开纸带 3验证机械能守恒时，可以不测出物体质量，只要比较 和ghn是否相等即可验证机械能是否守恒 4测量下落高度时，为了减小测量值h的相对误差，选取 的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长， 有效长度可在60 cm80 cm之间,5速度不能用vngtn或vn 计算，因为只要认为加 速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定 律验证机械能守恒定律，况且用vngtn计算出的速度比 实际值大，会得出机械能增加的错误结论，而因为摩擦 阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直 接测量计算同样的道理，重物下落的高度h，也只能 用刻度尺直接测量，而不能用hn 或hn 计算得到,七、实验改进 物体下落过程中通过某一位置时的速度可以用光电计时器测出来，利用这种装置验证机械能守恒定律，能消除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系统误差,