《吉林省松原市扶余县第一中学高一物理 79 实验：验证机械能守恒定律》由会员分享，可在线阅读，更多相关《吉林省松原市扶余县第一中学高一物理 79 实验：验证机械能守恒定律（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章第七章 机械能及其守恒定律机械能及其守恒定律第九节 实验：验证机械能守恒定律实验目的： 通过实验来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。实验原理在自由落体运动中，若在自由落体运动中，若物体下落高度物体下落高度h 时的速时的速度为度为v , ,则则hvmgh =mv 212实验器材实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻实验器材：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。度尺、铁架台（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、选择、选择合适的合适的纸带，处理数据。纸带，处理数据。3、更换纸带
2、，重复几次。、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、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。计时器的限位孔。实验步骤2、用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附、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，让重物近。然后先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。自由下落。问题1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 212gh =v 212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
3、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。问题2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 （起始点的速度应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带刚开始下落）。）。gh =v 21212x = = 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
4、距离应接近2mm。思考可以回避起始点吗（可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起即处理纸带时可以不用到起始点吗始点吗）? ?我们可以选取我们可以选取A、B两点，比较它们的机械两点，比较它们的机械能能EA和和EB。若以点。若以点B为为0 势能点，则有：势能点，则有：EKAmghEKBhAB问题3如何测量物体的瞬时速度如何测量物体的瞬时速度? ?x = = vA(2t) + + a(2t)212vAC = = = vA + + atx2tvB = = vA + + atvB = = vACv0tvAt 2tvBvC做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻
5、两点间的平均速度。于相邻两点间的平均速度。思考速度能不能用速度能不能用 v = = 2gh 或或 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，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能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。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的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用。恒定律，所以不能用
6、。注意事项4 4、实验用的纸带一般小于实验用的纸带一般小于1m ，从起始点开始，从起始点开始大约能打出大约能打出20 个点左右。末位置的点可选择倒个点左右。末位置的点可选择倒数第一个点或倒数第二个点，从这一个点向前数第一个点或倒数第二个点，从这一个点向前数数46 个点当初位置的点，可以减小这两个点个点当初位置的点，可以减小这两个点的瞬时速度以及两点之间距离（高度的瞬时速度以及两点之间距离（高度h）测量的）测量的误差。误差。1 1、安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。同一竖直线上，以减小摩擦阻力。2 2、应选用质量和密度较大的
7、重物，增大重力可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。体积，可使空气阻力减小。3 3、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近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。的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带。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，故动能的增加要是打点计时器的阻力）做功，故动能的
8、增加量量EK 必定稍小于势能的减少量必定稍小于势能的减少量EP 。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?0hv 212图象法处理数据gh =v 212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？练习题：1.在验证机械能守恒定律的实验中，对于自由下落的重物，下列选择条件中可取的是（ ）A.选用重物时，重的比较好。B.选用重物时，体积小的比体积大的好。C.选定重物后，为计算其动能、势能的变化量，需要称出它的质量。D.重物所受重力应远大于它所受
9、的空气阻力和纸带受到的打点计时器的阻力。ABD2.用自由落体法验证机械能守恒定律,下列哪些测量工具是必要的( ) A.天平 B.弹簧测力计 C.刻度尺 D.停表3.利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验中,下列说法正确的是( )A.重物的重力,应远大于它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力.B.操作时应先放纸带再通电.C.打点计时器应接在电压为4-6V的直流电源上.D.在验证过程中，只需比较V2/2与gh的大小即可，与重物质量无关。cAD在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图。其中按照正确的操作选得纸带如图。其中O O是起是
10、起始点，始点，A A、B B、C C是打点计时器连续打下的是打点计时器连续打下的3 3个个点点. .该同学用毫米刻度尺测量该同学用毫米刻度尺测量O O到到A A、B B、C C各各点的距离点的距离, ,并记录在图中并记录在图中( (单位单位cm)cm)。 这三个数据中不符合有效数字读数要这三个数据中不符合有效数字读数要求的是求的是_ ,_ ,应记作应记作_cm_cm。 4 4、课堂练习、课堂练习OC 15.70 该同学用重锤在该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他，他用用AC段的平均速度作为跟段的平
11、均速度作为跟B点对应的物体的即时点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为速度，则该段重锤重力势能的减少量为_，而动能的增加量为，而动能的增加量为_，(均保留均保留3位有效位有效数字，重锤质量用数字，重锤质量用m表示表示).这样验证的系统误差这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量总是使重力势能的减少量_动能的增加量，动能的增加量，原因是原因是_。1.22m 1.20m 另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在也用重锤在OBOB段的运动来验证机械能守恒，段的运动来验证机械能守恒，不过他数了一下：从打点计时器打下的第一不过他数了一下：从打点
12、计时器打下的第一个点个点O O 数起，图中的数起，图中的B B是打点计时器打下的第是打点计时器打下的第9 9个点。因此他用个点。因此他用V VB B= =gtgt计算跟计算跟B B点对应的物体点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为的即时速度，得到动能的增加量为_，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量少量_动能的增加量动能的增加量, ,原因是原因是_ _ 。1.23m 确定物体速度及动能的方法确定物体速度及动能的方法为理论值，条件为机为理论值，条件为机械能必须守恒械能必须守恒为实际测量结果为实际测量结果图象法处理实验数据图象法处理实验数据斜率斜率 k=g再 见
