2012物理高三复习课件：5.5 实验（二）：验证机械能守恒定律.ppt

1、2012物理高三复习课件：5.5 实验（二）：验证机械能守恒定律二、实验原理1.由纸带记录重物的运动，并得到下落高度为h时，重物的瞬时速度v。比较自由下落过程中，减少的重力势能mgh和增加的动能1/2mv2，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。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距离xn和xn+1，由公式vn=(xn+xn+1)/(2T)或vn=(hn+1-hn-1)/(2T)算出，如图5-5-1所示。图5-5-1一、实验目的验证机械能守恒定律。三、实验器材铁架台(含铁夹)、计时器(电火花计时器或电磁打点计时器)、学生电源、纸带及复写纸片、导线

2、、毫米刻度尺、重物(带纸带夹)。四、实验步骤1.按图5-5-2把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。2.把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。3.先接通电源，后松手让重物带着纸带自由下落。4.重复几次，得到35条打上点的纸带。5.在打出的纸带中挑选出一条点迹清晰，且第1、2两打点间距离接近2 mm的纸带，在第一个打点上标出O，并从稍靠后的某一点开始，依次标出1、2、3、4、，并量出各点到位置O的距离h1、h2、h3、h4、，并记入表格中。6.用公式vn=(hn+1-hn-1)/(2T)计算出各点对应的

3、瞬时速度v1、v2、v3、v4、，并记录在表格中。7.计算打各点时重力势能的减少量mghn和动能的增加量1/2mvn2，并进行比较，看是否相等。将计算数值填入表格中。图5-5-2各打点123456下落高度hn/m速度vn/(ms-1)mghn/J1/2mvn2/J结论五、注意事项1.应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力，采取的措施有：(1)铁架台应竖直安装，可使纸带所受阻力减小；(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，可使空气阻力减小。2.应先打开电源，让打点计时器开始打点稳定后，再放开纸带让重物下落。3.选取

4、纸带的原则是：(1)点迹清晰；(2)所打点呈一条直线；(3)第1和第2两打点间距离接近2 mm。六、误差分析1.本实验中因重物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1/2mv2稍小于重力势能的减少量mgh，这是不可避免的，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.本实验的另一个误差来源于长度的测量，属于偶然误差，可以通过改变长度的测量方法，或者多次测量取平均值来减小误差。【例1】关于验证机械能守恒定律实验，下面列出一些实验步骤：A.用天平称出重物和夹子的质量B.将重物系在夹子上C.将纸带穿过打点计时器，上端用手提着，下端夹在系有

5、重物的夹子上，再把纸带向上拉，让夹子静止靠近打点计时器处D.把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6 V(电源暂不接通)E.把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上F.在纸带上选取几个点，进行测量并记录数据G.用秒表测出重物下落时间H.接通电源，待打点计时器工作稳定后释放纸带I.切断电源J.更换纸带，重新进行两次实验K.在三条纸带中，选出较好的一条L.进行计算，得出结论，完成实验报告M.拆下导线，整理器材对于本实验以上步骤中，不必要的有_；正确步骤的合理顺序是_(填写代表字母)。热点一实验原理和操作【名师支招】熟悉本实验的原理和操作步骤是解题的关键。

6、【解析】根据实验原理和操作步骤可知不必要的有A、G；正确步骤的合理顺序是E、D、B、C、H、I、J、K、F、L、MA GEDBCHIJKFLM1某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是()A.把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源B.将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度C.先释放纸带，再接通电源D.更换纸带，重复实验，根据记录处理数据C【例2】某同学做“验证机械能守恒定律”实验时不慎将一条选择好的纸带的前面一部分破坏了。测出剩下的一段纸带上的各个点间的距离如图5-5-3所示。已知打点计时器的工作频率是50 Hz，重力加速度g=9.8 m/s

7、2。(1)利用这段纸带说明重锤通过2、5两点时机械能守恒。(2)分析说明为什么得到的结果是重力势能减少量Ep稍大于重锤动能的增加量Ek。【名师支招】掌握本实验的数据处理方法和误差产生的原因。【解析】(1)Ep=mgh25Ek=1/2mv52-1/2mv22由已知数据计算比较可得Ek和Ep近似相等，即重锤减少的重力势能近似等于重锤增加的动能，可以认为机械能守恒定律成立。(2)由以上计算可以看出，瞬时速度v2和v5的计算是准确的，即Ek是准确的，而重锤下落的过程中要克服阻力做功，从而减少一部分机械能。即Ep稍大于Ek。图5-5-3热点二数据的处理和误差分析2在利用电磁打点计时器(电磁打点计时器所用

8、电源频率为50 Hz)“验证机械能守恒定律”的实验中：(1)某同学用图5-5-4所示装置进行实验，得到如图5-5-5所示的纸带，把第一个点(初速度为零)记作O点，测出点O、A间的距离为68.97 cm，点A、C间的距离为15.24 cm，点C、E间的距离为16.76 cm，已知当地重力加速度为9.8 m/s2，重锤的质量为m=1.0 kg，则打点计时器在打O点到C点的这段时间内，重锤动能的增加量为_ J，重力势能的减少量为 _J。(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a=_ m/s2。(3)在实验中发现，重锤减少的重力势能总大于重锤增加的动能，其原因主要是在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力的作用，用题目中给出的已知量求出重锤下落过程中受到的平均阻力大小为_ N。图5-5-4图5-5-58.008.259.500.30