教科版物理必修第二册精品课件 第四章机械能及其守恒定律 6.实验验证机械能守恒定律.ppt

;内容索引;;;自主预习新知导学;[实验目的]

1.会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。

2.掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。;[实验原理]

让物体自由下落,忽略阻力情况下物体的机械能守恒,有两种方案验证物体的机械能守恒:

方案一:以物体自由下落的位置O为起始点,测出物体下落高度h时的速度大小v,若mv2=mgh成立,则可验证物体的机械能守恒。

方案二:测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2,v1、v2的计算方法与方案一的相同。若关系式=mgh成立,则物体的机械能守恒。;[实验器材]

铁架台(带铁夹)、打点计时器、重锤(带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。;[实验步骤]

1.安装:将打点计时器固定在铁架台上;用导线将打点计时器与低压交流电源相连接。

2.接通电源,打纸带:把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位置,先接通电源,再松开纸带,让重物自由下落。

重复几次,打下3~5条纸带。

3.选纸带:选取点迹清晰的且第1、2连续两点间的距离约为2mm的纸带。

4.标数字:在打出的纸带上从打出的第1个点开始,依次标上0,1,2,3…

5.数据测量:测出0到点1、点2、点3…的距离,即为对应的下落高度h1、h2、h3…;[数据处理];[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。;[注意事项]

1.应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件,这就要求尽量减小各种阻力的影响,采取的措施有:

(1)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)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,使空气阻力减小。;典例精讲释疑解惑;;2.打纸带: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2mm的纸带,把纸带上打出的两点间的距离为2mm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h1、h2、h3…;【例题1】在验证机械能守恒定律的实验中,有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点较近处选择连续几个计数点(或计时点),并计算出各点的速度值。

E.测出各点到O点的距离,即得到重锤下落的高度。

F.计算出mghn和,看两者是否相等。;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);更正情况是①,②,③,④。?

答案：见解析;解析：本实验的目的是要验证机械能守恒定律,即比较重锤在下落过程中重力势能的减少量ΔEp与动能的增加量ΔEk是否相等,如果操作不当或错误,就会增大重锤和纸带所受阻力,导致机械能损耗过大,无法达到实验目的。为了保证实验成功和减少机械能损耗,在实验操作时应遵照注意事项,因此本题可对照实验注意事项和围绕减小误差方面进行考虑。

因本实验是通过比较重力势能的减少量ΔEp是否等于动能的增加量ΔEk来验证机械能守恒的,不需要知道动能的具体数值,因而不需要测出重物(含重锤和夹子)的质量,故步骤A是多余的。;有错误或不妥的步骤是B、C、D、F。原因和更正办法分别是:

B中“让手尽量靠近打点计时器”应改为“让重锤尽量靠近打点计时器”,因打点计时器开始工作应从与重锤靠近的纸带开始打点,不致留下过长的空白纸带,纸带也不宜过长,约40cm即可。

C中应先接通电源,后松开纸带。因为只有当打点计时器工作正常后再让重锤下落,才可保证打第一个点时重锤的初速度为零,并且使纸带上的第一个点是清晰的小点。

D中应将“距离O点较近处”改为“距离O点较远处”,因为所取的各计时点应尽量是重锤自由下落运动的真实记录,而打点计时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定状态,同时开始的几个点比较密集,会增加长度测量的误差。;方法归纳(1)打点计时器要竖直:安装打点计时器时要竖