高中物理第七章机械能守恒定律7.9实验验证机械能守恒定律.ppt

9,.,实验,:,验证机械能守恒定律,自我检测,自主阅读,一、实验方法,1,.,验证机械能守恒的定律装置如图所示,请你说出做实验用到的实验器材。,答案,:,铁架台,(,带铁夹,),、电磁打点计时器、重物,(,带夹子,),、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源,(46 V),。,自我检测,自主阅读,2,.,如何测出实验中重物下落过程中重力势能的变化,?,答案,:,重物的质量用天平测出,纸带上某两点的距离等于重物下落的高度,这样就能得到重物下落过程中重力势能的变化。,3,.,如何测出实验中重物在某点的下落速度,从而求出重物的动能,?,答案,:,纸带上第,n,个点的瞬时速度等于这个点前后相邻两点间的平均速度,(,h,n+,1,、,h,n-,1,分别为第,n+,1,个点、第,n-,1,个点到第一个点的距离,),。,4,.,实验中比较物体在某两点间的,动能,变化与,重力势能,变化,就能验证机械能守恒。,自我检测,自主阅读,二、要注意的问题,1,.,重物下落的过程中,除了重力外会受到哪些阻力,?,怎样减少这些阻力对实验的影响,?,答案,:,重物下落还会受到空气阻力和摩擦阻力的影响。减小这些阻力的方法有,(1),应选用质量和密度较大的重物,以减小阻力的影响,;(2),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,.,重物下落时,最好选择哪两个位置作为过程的开始和终结的位置,?,答案,:,选起始点和后边的一个点分析机械能守恒方便。,3,.,为了增加实验结果的可靠性,需要进行哪些操作,?,答案,:,可以重复进行多次实验,还要在一次下落中测量多个位置的速度,比较重物在这些位置上动能和势能之和。,自我检测,自主阅读,三、速度的测量,如图所示,A,、,B,、,C,是纸带上相邻的三个点,请证明,:,做匀变速,运动的纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度。,自我检测,自主阅读,1,.,正误辨析,(1),为了减小阻力的影响,实验所用重物只要选择质量较大的物体即可。,(,),解析,:,应选择密度较大且质量较大的重物。,答案,:,(2),实验中求重物在某点的速度可以根据,v,n,=,2,ghn,求解。,(,),解析,:,关系式,v,n,=,2,ghn,是根据机械能守恒定律,mgh,=,12,mv,2,得到的,而我们的目的是验证机械能守恒定律,故此法错误。,答案,:,(3),实验时,应先打开打点计时器电源,待打点稳定后再释放重物。,(,),答案,:,自我检测,自主阅读,2,.,让物体自由下落,通过打点计时器打出纸带,有哪几种方案可以验证机械能守恒定律,?,3,.,验证机械能守恒定律实验中是否需要用到天平,?,知识点一,知识点二,问题导引,实验中,某同学计算出各点对应速度的二次方值,并测出从第一个点到这点高度差,h,作出,v,2,-,h,图象,如图所示,为了验证机械能守恒定律,他应该做哪些分析,?,要点提示,计算出直线斜率为,k,若在误差允许的范围内,k=,2,g,则验证了机械能守恒定律。,知识点一,知识点二,知识归纳,一、实验步骤,1,.,安装置,:,按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。,知识点一,知识点二,2,.,打纸带,:,将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,用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落。更换纸带,重复做,3,5,次实验。,3,.,选纸带,:,选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为,2 mm,的纸带,把纸带上打出的两点间的距离为,2 mm,的第一个点作为起始点,记作,O,在距离,O,点较远处再依次选出计数点,1,、,2,、,3,4,.,测距离,:,用刻度尺测出,O,点到,1,、,2,、,3,的距离,即为对应下落的高度,h,1,、,h,2,、,h,3,知识点一,知识点二,知识点一,知识点二,知识点一,知识点二,知识点一,知识点二,(1),请指出实验装置中存在的明显错误,:,。,(2),进行实验时,为保证重物下落时初速度为零,应,(,选填,“A”,或,“B”),。,A.,先接通电源,再释放纸带,B.,先释放纸带,再接通电源,(3),根据打出的纸带,选取纸带上连续打出的,1,、,2,、,3,、,4,四个点如图乙所示。已测出,1,、,2,、,3,、,4,到打出的第一个点,O,的距离分别为,h,1,、,h,2,、,h,3,、,h,4,打点计时器的打点周期为,T,。若代入所测数据能满足表达式,gh,3,=,则可验证重物下落过程机械能守恒,(,用题目中已测出的物理量表示,),。,知识点一,知识点二,解析,:,(1),从题图甲中的实验装置中发现,打点计时器接在了,“,直流电源,”,上,打点计时器的工作电源是,“,低压交流电源,”,。因此,明显的错误是打点计时器接在了,“,直流电源,”,上。,(2),为了使纸带上打下的第,1,个点是速度为零的初始点,应该先接通电源,让打点计时器正常工作后,再释放纸带。若先释放纸带,再接通电源,当打点计时器打点时,纸带已经下落,打下的第,1,个点的速度不为零。因此,为保证重物下落的初速度为零,应先接通电源,再释放纸带。,知识点一,知识点二,答案,:,(1),打点计时器接在了,“,直流电源,”,上,(,或打点计时器应接,“,交流电源,”),知识点一,知识点二,知识点一,知识点二,知识归纳,一、误差分析,1,.,在进行长度测量时,测量及读数不准造成误差。,2,.,重物下落要克服阻力做功,部分机械能转化成内能,下落高度越大,机械能损失越多,所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。,3,.,由于交变电流的周期不稳定,造成打点时间间隔变化而产生误差。,知识点一,知识点二,二、注意事项,1,.,打点计时器安装要稳固,并使两限位孔的中线在同一竖直线上,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,可使空气阻力的影响相对减小。,3,.,实验时,应先接通电源,让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落。,4,.,本实验中的两种验证方法均不需要测重物的质量,m,。,知识点一,知识点二,典例剖析,【例,2,】,在验证机械能守恒定律的实验中,有位同学按以下步骤进行实验操作,:,A.,用天平称出重锤和夹子的质量,B.,固定好打点计时器,将连着重锤的纸带穿过限位孔,用手提住,且让手尽量靠近打点计时器,C.,松开纸带,接通电源,开始打点,并如此重复多次,以得到几条打点的纸带,D.,取下纸带,挑选点迹清晰的纸带,记下起始点,O,在距离,O,点较近处选择几个连续计数点,(,或计时点,),并计算出各点的速度值,E.,测出各计数点到,O,点的距离,即得到重锤下落的高度,知识点一,知识点二,在以上步骤中,不必要的步骤是,。,有错误或不妥的步骤是,。,(,填写代表字母,),更正情况,:,;,;,;,。,知识点一,知识点二,解析,:,A,步骤可有可无,不称量重物的质量也可验证机械能守恒定律,;B,步骤中应让重物尽量靠近打点计时器,而不是手靠近,;C,步骤中应先接通电源,后释放纸带,;D,步骤中应选取离,O,点较远的点,这样测量时距离较远,测量的相对误差较小,;F,步骤中应计算,gh,n,和,1,2,3,4,5,1,.,关于验证机械能守恒定律的实验中,以下说法正确的是,(,),A.,实验中摩擦是不可避免的,因此纸带越短越好,因为纸带越短,克服摩擦力做的功就越小,误差就越小,B.,称出重锤的质量,C.,纸带上第,1,、,2,两点间距若不接近,2 mm,则无论怎样处理实验数据,实验误差一定较大,D.,处理打完点的纸带时,可以直接利用打点计时器打出的实际点迹,而不必采用,“,计数点,”,的方法,1,2,3,4,5,解析,:,在打纸带时,纸带太短了,不易打出符合实验要求的纸带,选项,A,错误,;,由于,mgh,=mv,2,故称出重锤的质量是多余的,选项,B,错误,;,纸带上第,1,、,2,两点的间距不接近,2,mm,是由于通电后释放重锤时操作不同步造成的,不会影响验证结果,选项,C,错误,;,处理纸带时,由于自由落体加速度较大,纸带上点迹距离较大,故可直接用实际点迹测量研究。,答案,:,D,1,2,3,4,5,2,.,用右图所示装置验证机械能守恒定律,由于电火花计时器两限位孔不在同一竖直线上,使纸带通过时受到较大的阻力,这样实验造成的结果是,(,),A.,重力势能的减少量明显大于动能的增加量,B.,重力势能的减少量明显小于动能的增加量,C.,重力势能的减少量等于动能的增加量,D.,以上几种情况都有可能,解析,:,由于重物下落时要克服阻力做功,重物减少的重力势能转化为重物的动能和系统的内能,故重力势能的减少量大于动能的增加量,A,正确。,答案,:,A,1,2,3,4,5,3,.,(,多选,),下图是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带。有关尺寸在图中已注明。我们选中,n,点来验证机械能守恒定律。下面举一些计算,n,点速度的方法,其中正确的是,(,),A.,n,点是第,n,个点,则,v,n,=,gnT,B.,n,点是第,n,个点,则,v,n,=g,(,n-,1),T,解析,:,v,n,应表示从,(,n-,1),到,(,n+,1),间的平均速度。,C,、,D,对,A,、,B,错。,答案,:,CD,1,2,3,4,5,4,.,在验证机械能守恒定律的实验中,已知打点计时器所用电源的频率为,50 Hz,查得当地的重力加速度,g,取,9,.,8 m/s,2,某同学选择了一条理想的纸带,用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图所示,图中,O,点是打点计时器打出的第一个点,A,、,B,、,C,、,D,分别是每打两个点取的计数点。则重物由,O,点运动到,B,点时,(,重物质量为,m,),(1),重力势能的减少量是,J,动能的增加量是,J,。,(2),重力势能的减少量,(,选填,“,略大于,”,或,“,略小,于,”),动能的增加量,原因是,。,(3),根据计算的数据得出的结论,:,。,1,2,3,4,5,解析,:,(1),重力势能的减少量为,E,p,=,mgh,OB,=m,9,.,8,0,.,195,J,=,1,.,911,m,J,。,重物下落到,B,点时的速度为,所以重物从开始下落到,B,点增加的动能为,(2),略大于,;,由于空气阻力和限位孔的摩擦阻力做功,将部分机械能转化为了内能。,(3),从以上计算的数据得出,:,在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的动能,即机械能守恒。,1,2,3,4,5,答案,:,(1)1,.,911,m,1,.,89,m,(2),略大于,见解析,(3),在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的动能,即机械能守恒,1,2,3,4,5,5,.,现利用如图所示装置验证机械能守恒定律。图中,AB,是固定的光滑斜面,斜面的倾角为,30,1,和,2,是固定在斜面上适当位置的两个光电门,与它们连接的光电计时器都没有画出。让滑块从斜面的顶端滑下,光电门,1,、,2,各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为,5,.,00,10,-,2,s,、,2,.,00,10,-,2,s,。已知滑块质量为,2,.,00 kg,滑块沿斜面方向的长度为,5,.,00 cm,光电门,1,和,2,之间的距离为,0,.,54,m,g,取,9,.,80 m/s,2,取滑块经过光电门时的速度为其平均速度。,(1),滑块经过光电门,1,时的速度,v,1,=,m/s,通过光电门,2,时的速度,v,2,=,m/s,。,(2),滑块通过光电门,1,、,2,之间的动能增加量为,J,重力势能的减少量为,J,。,1,2,3,4,5,重力势能的减少量,:,E,p,=,2,.,00,9,.,80,0,.,54,sin,30,J5.29,J,。,答案,:,(1)1,.,00,2,.,50,(2)5,.,25,5,.,29,