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1、实验验证机械能守恒定律演示文稿1页，共50页，星期四。实验原理在自由落体运动中，若物体下落在自由落体运动中，若物体下落高度高度h 时的速度为时的速度为v , ,则则hvmgh =mv 21 12 22页，共50页，星期四。 测定第测定第n n点的即时速度的方法是：点的即时速度的方法是：测出第测出第n n点的相邻的前、后两段相等点的相邻的前、后两段相等时间时间T T内下落的距离由下列公式算出：内下落的距离由下列公式算出： 01234S3S4d4d23页，共50页，星期四。实实验验器器材材实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（
2、带铁夹）、学生电源等。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4页，共50页，星期四。打点计时器的作用是什么打点计时器的作用是什么? 重物选取的原则是什么重物选取的原则是什么?为什么为什么? 密度比较大，质量相对比较大，可以减小因为空气密度比较大，质量相对比较大，可以减小因为空气 阻力带来的误差阻力带来的误差 实验中还有哪些应该注意的地方实验中还有哪些应该注意的地方? 计时器要稳定在铁架台上，计时器计时器要稳定在铁架台上，计时器 平面与纸带限位孔调整在竖直方向，铁架台放在桌边，平面与纸带限位孔调整在竖直方向，铁架台放在桌边， 计时器距地面的距离大约
3、是计时器距地面的距离大约是1 m这样做的目的是什么这样做的目的是什么? 计时器平面与纸带限位孔在竖直方向上的目的是减小摩擦以计时器平面与纸带限位孔在竖直方向上的目的是减小摩擦以减小实验误差的产生，铁架台放在桌边有利于重物下落到减小实验误差的产生，铁架台放在桌边有利于重物下落到地面上，计时器距地面的距离较大的目的是能够有充足的地面上，计时器距地面的距离较大的目的是能够有充足的时间使重物下落，以便在纸带上能够打出较多的点，有利时间使重物下落，以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算于进行计算？5页，共50页，星期四。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
4、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。问问题题16页，共50页，星期四。问问题题2如何测量物体的瞬时速度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，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。等于相邻两点间的平均速度。7页，共50页，星期四。思思思思考考考考速度能不能用速度能不能用 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
5、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，这样将，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是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。减少的，故这种方法也不能用。8页，共50页，星期四。计算物体的速度，应该用哪种方法计算物体的速度，应该用哪种方法第第1种方法是根据机械能守恒定种方法是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不验证机械能守恒定律，所以不能用能用第第2种方法认为加速度为种方法认为加速度为g，由，由于各种摩擦阻力不可避免，于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于所以实
6、际加速度必将小于g，这样将得到机械能增加的结论，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，有阻力作用机械能应该是减少的，故这种方法也不能用故这种方法也不能用9页，共50页，星期四。问问问问题题题题3 3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（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）。点时纸带刚开始下落）。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
7、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。用 验证机械能守恒如何选纸带10页，共50页，星期四。实验步骤(1)(1)按图把打点记时器安装在铁架台上，用按图把打点记时器安装在铁架台上，用导线把打点记时器与学生电源连好。导线把打点记时器与学生电源连好。 (2)(2)把纸带的一端在重锤上用架子固定好，另一端穿过把纸带的一端在重锤上用架子固定好，另一端穿过记时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点记记时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点记时器附近。时器附近。 1
8、1页，共50页，星期四。实验步骤(3)(3)先接通电源先接通电源，后松手让重锤带着纸带，后松手让重锤带着纸带下落。下落。 (4)(4)重复几次，得重复几次，得3535条纸带。条纸带。 (5)(5)在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在起始点标上起始点标上O O ，以后各依次标上，以后各依次标上1 1、2 2、3.3.用刻度用刻度尺测出对应高度尺测出对应高度h h1 1、h h2 2、h h3 3 第一个间隔，一定要求是第一个间隔，一定要求是2mm左右吗左右吗12页，共50页，星期四。实验步骤(6)(6)应用公式应用公式 计算各点对应的速度计算各点对
9、应的速度v v1 1、v v2 2、v v3 3. . (7)(7)计算各点对应的势能减少量和动计算各点对应的势能减少量和动能的增加量进行比较。能的增加量进行比较。 13页，共50页，星期四。数据记录测量点测量点n123456高度高度hn /m速度速度vn /m/s势能势能EP /J动能动能EK /J可不可以可不可以用图象处用图象处理数据理数据?14页，共50页，星期四。0hv 21 12 2图图象象法法处处理理数数据据gh =v 21 12 2该图象的该图象的斜率表示斜率表示什么？什么？为什么图为什么图象通过原象通过原点？点？15页，共50页，星期四。注意事项（1 1）实验中打点记时器的安装
10、，两纸带限位孔必）实验中打点记时器的安装，两纸带限位孔必 须在同须在同一竖直线上，以减少摩擦力一竖直线上，以减少摩擦力（2 2）实验时，必须先接通电源，让打点记时器）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工作正常后才松开纸带让重锤下落（3 3）打点记时器必须接）打点记时器必须接50Hz50Hz交流低压电源交流低压电源. .（4 4）必须保留纸带上打出点迹的第一点）必须保留纸带上打出点迹的第一点, ,且第且第1 1、 2 2点间距约为点间距约为2mm2mm的纸带误差小。的纸带误差小。（5 5）实验中，只要验证）实验中，只要验证ghgh是否等于是否等于v v2 2/2
11、/2即可，不用即可，不用测重锤的质量。测重锤的质量。误差分析：由于重锤克服阻力作功，所以动能增加误差分析：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。量略小于重力势能减少量。 16页，共50页，星期四。误差分析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（主要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必定稍小于势能的减少量EP 。17页，共50页，星期四。1用落体法用落体法“验证机械能守
12、恒定律验证机械能守恒定律”的实验中，下的实验中，下面哪些测量工具是必需的面哪些测量工具是必需的 ( ) A天平天平 B弹簧秤弹簧秤 C刻度尺刻度尺 D秒表秒表 C18页，共50页，星期四。2用落体法验证机械能守恒定律，关于实验误用落体法验证机械能守恒定律，关于实验误差的下列说法正确的是差的下列说法正确的是 ( ) 重锤质量称量不准，会造成较大误差重锤质量称量不准，会造成较大误差 重锤质量选用大些，有利于减小误差重锤质量选用大些，有利于减小误差 重锤质量选用小些，有利于减小误差重锤质量选用小些，有利于减小误差 释放纸带与接通电源开始打点不同步会造成释放纸带与接通电源开始打点不同步会造成较大误差较
13、大误差 A B C DB19页，共50页，星期四。3在做在做“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”实验时，以下实验时，以下说法正确的是说法正确的是 ( ) A选用重锤时，重的比轻的好选用重锤时，重的比轻的好 B选用重锤时，体积小的比体积大的好选用重锤时，体积小的比体积大的好 C选用重锤后要称质量选用重锤后要称质量 D重锤所受重力要远大于它所受的空气阻力重锤所受重力要远大于它所受的空气阻力和打点计时器对纸带的阻力和打点计时器对纸带的阻力BD20页，共50页，星期四。9某同学做验证某同学做验证“机械能守恒定律机械能守恒定律”的的实验，不慎将一条选择好的纸带的前面部分破实验，不慎将一条选择好的纸带
14、的前面部分破坏了，剩下的一段纸带上的各个点间的距离如坏了，剩下的一段纸带上的各个点间的距离如图所示，已知打点计时器工作频率为图所示，已知打点计时器工作频率为50 Hz，重，重力加速度力加速度g=9.8 m/s2，利用这段纸带说明重锤，利用这段纸带说明重锤通过通过2和和5两点时机械能守恒两点时机械能守恒21页，共50页，星期四。v2= cm/s=1.50m/s v5= cm/s=2.08m/s2和和5两点间距离两点间距离h25=(3.2+3.6+4.0) cm=0.108m 故故Ep=mg h25=m9.80.108= m1.06JEk =mv52-mv22=m(2.082-1.502)= m1
15、.04J 比较可得比较可得Ep和和Ek近似相等，重锤减少的势能近近似相等，重锤减少的势能近似等于重锤增加的动能，可以认为机械能守恒定律似等于重锤增加的动能，可以认为机械能守恒定律成立成立22页，共50页，星期四。 例例3 验证验证“机械能守恒定律机械能守恒定律”的实验采用重物自由下的实验采用重物自由下落的方法：落的方法： (1)用公式用公式 mv2=mgh时，对纸带上起点的要求是时，对纸带上起点的要求是 ；为此，所选择的纸带第一、二两点间距应接近；为此，所选择的纸带第一、二两点间距应接近 。 (2)若实验中所用重锤质量若实验中所用重锤质量m=1 kg，打点时间间隔为，打点时间间隔为0.02s，
16、则记录，则记录B点时，重锤的速度点时，重锤的速度vB= ，重锤动能，重锤动能EkB= 。从开始下落起至。从开始下落起至B点，重锤的重力势能减点，重锤的重力势能减少量是少量是 Ep= 因此可得出的结论是因此可得出的结论是 2.00m m初速度为零初速度为零0.59m/s0.17J0.17J在实验误差范围内，重锤动能的增加等于重锤重力势在实验误差范围内，重锤动能的增加等于重锤重力势能的减少能的减少23页，共50页，星期四。(3)根据纸带算出相关各点的速度根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离，量出下落距离h，则以为纵轴，以则以为纵轴，以h为横轴，画出的图像应是图中的为横轴，画出的图像应是图中的 ，图线的斜率表示，图线的斜率表示 Cg24页，共50页，星期四。13、（、（11分）在利用重锤下落验证机械能守恒定分）在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中律的实验中（1）产生误差的主要原因是）产生误差的主要原因是_A重物下落的实际距离大于测量值重物下落的实际距离大于测量值B重物下落的实际距离小于测量值重物下落的实际距离小于测量值C重物的实际末速度重物的实际末速度v大于大于gtD重物的实际末速
