必修二第七章79实验：验证机械能守恒定律.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 机械能及其守恒定律,7.9,实验：验证,机械能守恒定律,岳阳市第四中学：徐勇,1,、物体机械能守恒的条件是怎样的？,复习,只有重力或弹力,(,弹簧类,),做功,2,、机械能守恒三种表达式,观点,表达式,守恒观点,E,1,E,2,，,E,k1,E,p1,E,k2,E,p2,转化观点,E,k,-,E,P,转移观点,E,A,-,E,B,实验：验证机械能守恒,1,、本实验采用什么方法验证机械能是否守恒的？,用自由落体运动验证机械能守恒,2,、实验原理,2,1,?,2,mv=mgh,3,、实验要测量哪些物理量？,h,、,v,4,、要哪些仪器？,重物,(,带纸带夹子,),刻度尺电磁打点计时器 复写纸交流电源,4,6v,纸带导线 铁架台,(,带夹子,),在自由落体运动中，若物体下落高度,h,时的速度为,v,则,h,v,mgh,=,mv,2,1,2,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。,夹子,打点计时器,纸带,重物,？,铁架台,4,、选择,合适的,纸带，处理数据。,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。,实验步骤,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。,1,、如何选择重物？,2,、安装打点计时器时，有什么要求？,3,、接通电源和释放纸带的先后顺序是怎样？,4,、释放纸带前应注意哪些问题？,实验难点及注意事项,质量大，体积小（密度大）,两限位孔竖直,先接通电源后释放纸带,重物靠近打点计时器 纸带平整竖直不摆动,问题,1,本实验要不要测量物体的质量？,m,gh,=,m,v,2,1,2,gh,=,v,2,1,2,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,）。,g,h,=,v,2,1,2,1,2,x,=,gt,2,=,9.8,0.02,2,m,2,10,-3,m,=,2,mm,1,2,h,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,）,?,我们可以选取,A,、,B,两点，比较它们的机械能,E,A,和,E,B,。若以点,B,为,0,势能点，则有：,E,KA,mg,h,E,KB,h,A,B,问题,3,如何测量物体的瞬时速度,?,x,=,v,A,(2,t),+,a,(2,t),2,1,2,v,AC,=,v,A,+,at,x,2,t,v,B,=,v,A,+,at,v,B,=,v,AC,v,0,t,v,A,t,2,t,v,B,v,C,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。,思考,速度能不能用,v,=,2,gh,或,v,=,gt,计算？,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,4,6,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,E,K,必定稍小于势能的减少量,E,P,。,数据记录,测量点,n,1,2,3,4,5,6,高度,h,n,/m,速度,v,n,/m/s,势能,E,P,/J,动能,E,K,/J,可不可以用图象处理数据,?,0,h,v,2,1,2,图象法处理数据,g,h,=,v,2,1,2,该图象的斜率表示什么？,为什么图象通过原点？,例,1,在用自由落体运动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所示，其中,O,点是起始点，,A,、,B,、,C,是打点计时器连续打下的三个点，该同学用毫米刻度尺测量,O,点到,A,、,B,、,C,各点的距离，并记录在图中,(,单位,cm),已知打点计时器电源频率为,50Hz,，重物质量为,1Kg,，当地重力加速度,g,9.80 m/s,2,.,(1),这三组数据中不符合有效数字读数要求的是,_,15.7,(2),该同学用重物在,OB,段的运动来验证机械能守恒定律，该段重物重力势能的减小量为,_J,，打,B,点时重物的动能为,_,J,。,(,均保留三位有效数字,),(3),假设重物下落过程受到的阻力恒定，在此实验中还可以做到（）,A,测出当地重力加速度的精确值,B,计算重物下落的加速度,C,计算重物下落过程中受到的阻力,D,计算重物在,OB,段运动中克服阻力做的功,1.22,1.20,BCD,例,2,（全国卷,1,）如图所示，两个质量各为,m,1,和,m,2,的小物块,A,和,B,，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知,m,1,m,2,，现要利用此装置验证机械能守恒定律。（,1,）若选定物块,A,从静止开始下落的过程中进行测量，则需要测量的物理量有,_,。物块的质量,m,1,、,m,2,；物块,A,下落的距离及下落这段距离所用的时间；物块,B,上升的距离及上升这段距离所用的时间；绳子的长度。,或,（,2,）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：绳的质量要轻；在,“,轻质绳,”,的前提下，绳子越长越好；尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；两个物块的质量之差要尽可能小。以上建议中确实对提高准确程度有作用的是,_,。（,3,）写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：,_,。,对同一高度进行多次测量取平均值,选取受力后相对伸长尽量小的绳子,减少滑轮轴的摩擦,练习,1,：在验证机械能守恒定律的实验中,自由落下的重锤质量要大一些，这是为了减少,对实验的影响,.,实验中,测定重锤的质量,(,填“要”或“不要”,).,实验小组,C,在验证机械能守恒定律的实验中发现,重锤减小的重力势能总是,重锤动能的增加,其原因主要是因为在重锤下落的过程中存在,。,空气阻力和打点计时器对纸带的阻力,不要,大于,阻力作用,练习,2,：在用,“,用打点计时器验证机械能守恒定律,”,的实验中，质量,m=1.00,kg,的重物拖着纸带竖直下落，打点计时器在纸带上打下一系列的点，如图，相邻计数点时间间隔为,0.04,s,，,P,为纸带运动的起点，从打,P,到打下,B,过程中物体重力势能的,E,P,=,J,，在此过程中物体动能的增加量,E,K,=,J,（已知当地的重力加速度,g=9.8 m/s,2,，答案保留三位有效数字）。用,v,表示各计数点的速度，,h,表示各计数点到,P,点的距离，以,v,2,/2,为纵轴，以,h,为横轴，根据实验数据绘出的,v,2,/2-h,图线，若斜率等于某个物理量的数值时，说明重物下落过程中机械能守恒，该物理量是,。,P,A,B,C,15.5,23.25,单位,cm,32.50,2.28,2.26,当地重力加速度,A,B,C,D,0.98,cm,1.42,cm,1.78,cm,.,练习,3,：在做,“,验证机械能守恒定律,”,的实验时，实验小组,A,不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了,剩下的一部分纸带上各点间的距离如图所示的数值，已知打点计时器的周期为,T=0.02s,重力加速度,g=9.8 m/s,2,;,重锤的质量为,m,已知,S,1,=0.98cm,S,2,=1.42cm,S,3,=1.78cm,则,记录,B,点时重锤的动能,E,KB,=,J(,写计算式用字母表示,),记录,C,点时重锤的动能,E,KC,=0.32m J;,重锤从,B,点到,C,点重力势能变化量是,J,动能变化量是,J.,从而可以得出结,论：,。,。,0.142m,0.140m,在实验误差范围内,只有重力做功时,物体的机械能守恒,.,