（浙江專用）2018-2019學年高中物理 第七章 機械能守恒定律 第10節(jié) 實驗：驗證機械能守恒定律課件 新人教版必修2.ppt

第10節(jié)實驗：驗證機械能守恒定律,學考報告,一、實驗原理,等于,1.在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能減小，動能增加，如果重力勢能的減小量 動能的增加量，就驗證了機械能守恒定律。,2.兩種驗證方案,(1)若以重物下落的起始點O為基準，設重物的質(zhì)量為m，測出重物自起始點O下落距離h時的速度v，則在誤差允許范圍內(nèi)，由計算得出 mgh，機械能守恒定律即被驗證。,(2)若以重物下落過程中的某一點A為基準，設重物的質(zhì)量為m，測出重物對應于A點的速度vA，再測出重物由A點下落h后經(jīng)過B點的速度vB，則在誤差允許范圍內(nèi)，由計算得出 mgh，機械能守恒定律即被驗證。,圖1,二、實驗器材,鐵架臺(帶紙夾)、 、重物(帶夾子)、 、復寫紙、導線、毫米刻度尺、低壓交流電源(46 V)。,三、實驗步驟,1.安裝置：按圖2甲所示把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導線把打點計時器與電源連接好。,圖2,電磁打點計時器,紙帶,2.打紙帶：在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近。先接通電源后放手，讓重物拉著紙帶自由下落。重復幾次，得到35條打好點的紙帶。 3.選紙帶：從打好點的紙帶中挑選點跡清晰且開始的兩點間距接近2 mm的一條紙帶，在起始點標上0，以后任取間隔相同時間的點依次標上1、2、3。 4.測距離：用刻度尺測出0到1、2、3的距離，即為對應下落的高度h1、h2、h3。,四、數(shù)據(jù)處理,2.機械能守恒定律的驗證：,方法三：圖象法(如圖3所示)。,圖3,五、誤差分析,1.本實驗的誤差主要是由紙帶測量產(chǎn)生的偶然誤差以及重物和紙帶運動中的空氣阻力及打點計時器的摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差。 2.測量時采取多次測量求平均值的方法來減小偶然誤差，安裝打點計時器使兩限位孔中線豎直，并且選擇質(zhì)量適當大些、體積盡量小些的重物來減小系統(tǒng)誤差。,六、實驗注意事項,1.打點計時器安裝要穩(wěn)固，并使兩限位孔的中線在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。 2.應選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力相對減小。 3.實驗時，應先接通電源，讓打點計時器正常工作后再松開紙帶讓重物下落。 4.本實驗中的兩種驗證方法均不需要測重物的質(zhì)量m。,典 例 精 析,一、實驗原理和實驗步驟 【例1】 某同學為驗證機械能守恒定律編排了如下實驗步驟：,A.用天平稱出重物的質(zhì)量 B.把紙帶固定到重物上，并把紙帶穿過打點計時器，提升到一定高度 C.拆掉導線，整理儀器 D.斷開電源，換上新紙帶，重做兩次 E.用秒表測出重物下落的時間 F.用毫米刻度尺測出計數(shù)點與起點的距離，記錄數(shù)據(jù)，并計算出結(jié)果，得出結(jié)論 G.把打點計時器接到低壓交流電源上,H.接通電源，釋放紙帶 I.把打點計時器接到低壓直流電源上 J.把打點計時器固定到桌邊的鐵架臺上 上述實驗步驟中錯誤的是_，可有可無的是_，其余正確且必要的步驟按實驗操作順序排列是_。(均只需填步驟的代號) 解析對于物理實驗，掌握實驗原理和操作方法是最基本的要求。只有掌握了實驗原理，才能判斷出實驗步驟中哪些是錯誤的，哪些是必要的；只有親自動手進行認真的操作，才能正確地對實驗步驟按序排列。 上述實驗步驟中錯誤的是E和I，因為實驗中不需要用秒表測定時間，打點計時器應使用低壓交流電源?？捎锌蔁o的實驗步驟是A。其余正確且必要的步驟按實驗操作順序排列是：JGBHDCF。 答案E，IAJGBHDCF,二、實驗數(shù)據(jù)的處理方法,【例2】 在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，實驗裝置如圖4甲所示。,圖4,(1)該實驗中使用電火花計時器，它的工作電壓是_(填“交流220 V”、“交流6 V以下”或“直流6 V以下”)，紙帶下端所掛重物應選圖乙中的_重物比較合適(填所選重物的字母)。 (2)按照正確的操作得到如圖丙所示的紙帶。其中打O點時釋放重物，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的三個點，該同學用毫米刻度尺測量O點到A、B、C各點的距離，并記錄在圖丙中(單位cm)。已知打點計時器打點時間間隔為0.02 s，重物質(zhì)量為0.5 kg，當?shù)刂亓铀俣萭取9.8 m/s2。 這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是_。 現(xiàn)選取重物在OB段的運動進行數(shù)據(jù)處理，則打B點時重物的速度為_m/s，OB段動能增加量為_J，重力勢能減少量為_J(計算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)。,即使在操作規(guī)范，數(shù)據(jù)測量及數(shù)據(jù)處理很準確的前提下，該實驗測得的Ep也一定略大于Ek，這是實驗存在系統(tǒng)誤差的必然結(jié)果，試分析該實驗誤差產(chǎn)生的主要原因：_ _。,解析(1)電火花計時器的工作電壓是交流220 V，紙帶下端所掛重物應選圖乙中的質(zhì)量較大的C比較合適。 (2)這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是12.8，缺少有效數(shù)字；打B點時重物的速度為,答案(1)交流220 VC(2)12.81.570.6160.627重物在下落時要受到阻力作用(對紙帶的摩擦力、空氣阻力),三、實驗創(chuàng)新,【例3】 利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖5所示：,圖5,(1)實驗步驟 將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導軌調(diào)至水平； 用游標卡尺測量擋光條的寬度l9.30 mm；,由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離s_cm； 將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2； 從數(shù)字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間t1和t2； 用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m。,(2)用表示直接測量量的字母寫出下列所求物理量的表達式 滑塊通過光電門1和光電門2時瞬時速度分別為v1_和v2_。 當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1_和Ek2_。 在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少Ep_(重力加速度為g)。 (3)如果Ep_，則可認為驗證了機械能守恒定律。,解析由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離 s80.30 cm20.30 cm60.00 cm。,兩光電門中心之間的距離s即砝碼和托盤下落的高度，系統(tǒng)勢能的減小量Epmgs，最后對比Ek2Ek1與Ep數(shù)值大小，在誤差允許的范圍內(nèi)相等，就驗證了機械能守恒定律。,