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《2020版高中物理第七章机械能守恒定律9实验验证机械能守恒定律课件新人教版必修2.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、9.实验:验证机械能守恒定律【实验目的】验证机械能守恒定律【实验原理】1.在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重力势能和动能互相转化,但总的机械能保持不变。若物体某时刻瞬时速度为v,下落高度为h,则重力势能的减少量为mgh,动能的增加量为mv2,看它们在实验误差允许的范围内是否相等,若相等则验证了机械能守恒定律。2.计算打第n个点速度的方法:测出第n个点与相邻前后点间的距离xn和xn+1,由公式vn=或算出,如图所示。【实验器材】铁架台(含铁夹),打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,导线,毫米刻度尺,重物(纸带夹)。【实验过程】一
2、、实验步骤1.安装置:按图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。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:(1)用=mghn验证时,应选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带。若1、2两点间的距离大于2mm,这是由于先释放纸带、后接通电源造成的。这样纸带上的第1个点就不是运动的起始点了,这样的纸带不能选。(2)用=mgΔh验证时,由于重
3、力势能的相对性,处理纸带时,选择适当的点为基准点,这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2mm就无关紧要了,所以只要后面的点迹清晰就可选用。二、数据处理1.求瞬时速度:由公式可以计算出重物下落h1、h2、h3、…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3、…2.验证守恒:方法一:利用起始点和第n点计算,代入ghn和,如果在实验误差允许的范围内有:ghn=,则说明机械能守恒定律是正确的。方法二:任取两点A、B,测出hAB,算出ghAB和的值,如果在实验误差允许的范围内有:ghAB=,则说明机械能守恒定律是正确的。方法三:图象法,从纸带
4、上选取多个点,测量从第一点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的平方v2,然后以v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出v2-h图线。若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线,则验证了机械能守恒。【误差分析】1.系统误差:本实验中因重锤和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功,故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp,即ΔEk<ΔEp,这属于系统误差,改进的办法是调整器材的安装,尽可能地减小阻力。2.偶然误差:本实验的另一个误差来源于长度的测量,属偶然误差,减小误差的办法是测下落距离时都
5、从0点测量,一次将各打点对应的下落高度测量完,多次测量取平均值。【注意事项】1.安装打点计时器时要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直线上以减小摩擦阻力。2.重物应选用质量和密度较大、体积较小的物体以减小空气阻力的影响。3.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.纸带长度选用60cm左右为宜,应选用点迹清晰的纸带进行测量。5.速度不能用vn=gtn或vn=计算,否则犯了用机械能守恒定律验证机械能守恒的错误。6.验证机械能守恒时,可以不测出重锤质量,只要比较和ghn是否相等即可验证机械能是否守恒。类型一 实验原理及
6、操作【典例1】如图甲所示,电火花打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置验证机械能守恒定律。世纪金榜导学号(1)电火花打点计时器使用电压为V的交流电源。(2)关于实验过程,下列操作正确的是(填相应选项前的字母)。A.重物选用质量较大、体积较小的物体B.两限位孔在同一竖直平面内上下对正C.先接通电源,再释放重物D.若用秒表测出时间t,可用v=gt求出瞬时速度(3)实验中选择一条较理想的纸带,如图乙所示。测出从起始点O依次到五个连续计时点A、B、C、D、E的距离x1、x2、x3、x4、x5。已知重物的质量为
7、m,当地的重力加速度为g,电源频率为f。则从O到D的过程中,重物的动能增加了____________,重物的重力势能减少了________________。(4)该同学又根据这一条纸带来计算重物下落过程中的加速度a,要充分利用记录数据,尽可能减少实验操作和测量过程中的误差,加速度的计算式应为a=____________________(用题中给出物理量的字母表示)。【解析】(1)电火花打点计时器使用的是220V的交流电;(2)为了减小空气阻力,重物应选用重力大、体积小的物体,A正确;为了减小纸带与限位孔的摩擦,并且保证重物做竖直方向
8、上的运动,两限位孔在同一竖直平面内上下对正,B正确;为了充分利用纸带,应先接通电源,后释放纸带,C正确;因为要验证机械能守恒,即验证下落过程中加速度是否等于g,所以不能使用v=gt求出瞬时速度,D错误。(3)根据匀变速直线运动中间时刻
