第七章 第九节 实验：验证机械能守恒.ppt

9　实验：验证机械能守恒定律 注意事项 1．打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力． 2．重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料． 3．一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落． 误差分析 1．测量误差：减小测量误差的办法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值． 【例1】 用如图7－9－1所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6 V的交流电和直流电两种．重物从高处由静止开始下落，重物上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即能验证机械能守恒定律． 下面列举了该实验的几个操作步骤： A．按照图示的装置安装器材； B．将打点计时器接到电源的直流输出端上； C．用天平测量出重物的质量； D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带； E．测量打出的纸带上某些点之间的距离； F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能． 指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的横线上，并说明其原因： ________________________________________________________________________________________________________________________________________________. 解析　步骤B是错误的，应该接到电源的交流输出端；步骤D是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带；步骤C不必要，因为根据测量原理，重物的动能和势能中都包含了质量m，可以约去． 答案　BCD　原因见解析 【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7－9－2所示．已知打点计时器的工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.则： (1)利用这段纸带说明重锤通过2、5两点时机械能守恒； (2)分别说明为什么得到的结果是重力势能的减少量稍大于重锤动能的增加量． (2)由以上处理过程可以看出，瞬时速度v2和v5的计算是准确的，即ΔEk是准确的．而重锤下落过程中不可避免地要克服阻力做功，从而减少一部分能量．重锤重力势能减少量中一部分用来克服阻力做功，另一部分用来增加重锤的动能，即有－ΔEp＝ΔEk＋W，所以总有－ΔEpΔEk. 答案　见解析 【例3】 利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图7－9－3所示． (1)实验步骤： ①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平． ②用游标卡尺测出挡光条的宽度l＝9.30 mm. ③由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s＝________cm. ④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2. ⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2. ⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m. (2)用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式． ①滑块通过光电门1和光电门2时，瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________. ②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________. ③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝________(重力加速度为g)． (3)如果ΔEp＝________，则可认为验证了机械能守恒定律． ③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝mgs. (3)如果在误差允许的范围内ΔEp＝Ek2－Ek1，则可认为验证了机械能守恒定律． 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 答案　D 2．如图7－9－4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 (　　)． 解析　vn应表示从(n－1)到(n＋1)间的实际速度．C、D对，A、B错． 答案