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1、7.9验证机械能守恒定律,第七章 机械能守恒定律,复习回顾,1、什么叫机械能守恒? 2、机械能守恒的条件是什么? 3、自由落体运动的物体,机械能守恒吗?,质量为m的物体从O点自由下落,以地面为零参考面,经过A、B两点的速度分别为VA和VB,A、B两点距地面的高度分别为hA、hB。,4、如何推导机械能守恒的表达式?,本实验中的具体表达式,本实验借助,实验目的,验证机械能守恒定律,自由落体运动,实验原理,?,要证明上式是否成立,需要测量哪些物理量?,如何测量这些物理量?,实验器材:打点计时器、纸带、复写纸、重物、毫米刻度尺、铁架台(带铁夹)、学生电源等。,夹子,打点计时器,纸带,重物,铁架台,实验
2、器材,测量这些物理量,需要哪些器材?,实验步骤与操作,问题1、选择重物时,选轻一点的好还是重一点的好?为什么?,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,为了减少阻力对实验的影响,应采用密度较大体积较小的重物。,实验步骤与操作,问题2、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竖直方向,计时器要稳定在铁架台上,并将计时器伸出桌外。,问题3、这样做的目的是什么?,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,以便在纸带上能够打出较多的点,有利于进行计算,实验步骤与操作,问题4、实验时,接通电源和释放纸带的顺序怎样?,先通电源,再释放纸带,问题5
3、、释放纸带时应注意什么问题?,释放重物前,重物应靠近打点计时器,以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端,确保重物由静止释放。,4、选择合适的纸带,处理数据。 5、整理器材,使器材复位。,3、更换纸带,重复几次。,1、将打点计时器固定在铁架台上,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。 (竖直、稳定),2、用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近。然后先接通电源,再松开纸带,让重物自由下落。,实验步骤与操作,问题讨论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。,纸带上的第一个点为计时起点0 (起始点的速度应
4、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。,问题讨论2,注意事项 挑选纸带:选用第1、2两点间距接近2mm的纸带进行研究.从原理上看,打第一个点时速度为0,那么第1、2两点间距为ygt2 9.8 0.0220.002m2mm.这意味着选用打第1个点的瞬时开始下落的纸带.,h,x,t,t,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,
5、如何测量物体的瞬时速度?,vB = vA + at,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。,问题讨论3,思考,这种方法认为加速度为g ,由于各种摩擦阻力不可避免,所以实际加速度必将小于g,这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到的,而我们的目的就是验证机械能守恒定律,所以不能用。,注意事项,4、实验用的纸带一般小于1m ,从起始点开始大约能打出20 个点左右。末位置的点可选择倒数第一个点或倒数第二个点,从这一个点向前数46 个点当初位置的点,可以减小这两个点的瞬时速度以及两点之间距离(高度h)测量的
6、误差。,1、安装打点计时器时,必须使两纸带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、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带。,误差分析,1、偶然误差: 测量长度时会带来误差,2、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EK 必定稍小于势能的减少量EP 。,为了减小这种误差:尽量减小纸带与限位孔之间的摩擦, 重物选用质量较大而体积小的物体.,数据记录,可不可以用图象处理数据?,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?,练习:某次“验证机械能守恒定律”的实验中,用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带,如图4所示,O点为重锤下落的起点,选取的计数点为A、B、C、D,各计数点到O点的长度已在图上标出,单位为毫米,重力加速度取9.8m/s2,若重锤质量为1kg。 打点计时器打出B点时,重锤下落的速度vB= m/s,重锤的动能EkB= J。 从开始下落算起,打点计时器打B点时,重锤的重力势能减小量为 J。 根据纸带提供的数据,在误差允许的范围内,重锤从静止开始到打出B点的过程中,得到的结论是 。,1.175,0.69,0.69 0.69, 机械能守恒。,