高中物理實驗-驗證機械能守恒定律

9實驗：驗證機械能守恒定律1實驗器材2原理A3原理B4步驟5注意事項6誤差分析7練習(xí)18練習(xí)2實驗器材實驗器材：打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺（帶鐵夾）、學(xué)生電源等。夾子打點計時器紙帶重物？鐵架臺①打點計時器及電源②重物③紙帶④鐵架臺（帶鐵夾）⑤刻度尺原理部分A從第一個點算起本實驗借助實驗?zāi)康尿炞C機械能守恒定律自由落體運動驗證：計時器打下的第一個點作為起始點，適當(dāng)大距離后選一個點作終點Vh數(shù)據(jù)處理注意：必須保證紙帶上的第一個點跡清晰，且是放手時打下的第一個點。2mm的來歷？為什么不隔點選計數(shù)點進(jìn)行運算？問題1本實驗要不要測量物體的質(zhì)量？mgh

=mv

212gh

=v

212無需測量物體的質(zhì)量如果實驗要求計算勢能和動能的具體數(shù)據(jù)，那就必須要知道物體的質(zhì)量。速度測量利用勻變速直線運動的規(guī)律可以用AC的平均速度代表B的瞬時速度。請同學(xué)們獨立推導(dǎo)此表達(dá)式問題2紙帶上的第一個點為計時起點0（起始點的速度應(yīng)該為零，即打點計時器在紙帶上打下第一個點時紙帶剛開始下落）。gh

=v

21212x

=

gt2

=

×9.8×0.022m

≈2×10-3m=

2

mm12h起始點對于實際獲得的紙帶，如何判定紙帶上的第一個點就是紙帶剛開始下落時打下的呢？紙帶上的頭兩個點間的距離應(yīng)接近2mm。原理部分B舍棄前面密集的點實驗原理2A2B2121mvmvmgΔh-=？要證明上式是否成立，需要測量哪些物理量？如何測量這些物理量？有沒有2mm的要求？ΔhAB思考速度能不能用v=

2gh或v=

gt計算？這種方法認(rèn)為加速度為g，由于各種摩擦阻力不可避免，所以實際加速度必將小于g，這樣將得到機械能增加的結(jié)論，有阻力作用機械能應(yīng)該是減少的，故這種方法也不能用。這種方法是根據(jù)機械能守恒定律得到的，而我們的目的就是驗證機械能守恒定律，所以不能用。辨析計算物體的速度，可有三種方法第1種方法是根據(jù)機械能守恒定律得到的，而我們的目的就是驗證機械能守恒定律，所以不能用第2種方法認(rèn)為加速度為g，由于各種摩擦阻力不可避免，所以實際加速度必將小于g，這樣將得到機械能增加的結(jié)論，有阻力作用機械能應(yīng)該是減少的，故這種方法也不能用操作步驟簡述實驗步驟①按照課本所示裝置安裝打點計時器②將紙帶穿過計時器，下端與重物相連③先接通電源后釋放紙帶④更換紙帶，重復(fù)以上步驟⑤選擇紙帶，處理數(shù)據(jù)注意事項1、選擇重物時，選輕一點的好還是重一點的好？為什么？我們要求重物作自由落體運動，而阻力是不可避免地存在的，為了減少阻力對實驗的影響，應(yīng)采用密度較大的重物。2、安裝打點計時器時，應(yīng)注意什么問題？計時器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向，計時器要穩(wěn)定在鐵架臺上，并將計時器伸出桌外。3、這樣做的目的是什么?減小紙帶與限位孔的摩擦帶來的實驗誤差；保證重物有足夠的下落空間，以便在紙帶上能夠打出較多的點，有利于進(jìn)行計算．4、實驗時，接通電源和釋放紙帶的順序怎樣？先通電源，再釋放紙帶5、釋放紙帶時應(yīng)注意什么問題？釋放重物前，重物應(yīng)靠近打點計時器，以便能打出較多的點。拉穩(wěn)紙帶的上端，確保重物由靜止釋放。注意事項（1）實驗中打點記時器的安裝，兩紙帶限位孔必須在同一豎直線上，以減少摩擦力．（2）實驗時，必須先接通電源，讓打點記時器工作正常后才松開紙帶讓重錘下落．（3）打點記時器必須接50Hz交流低壓電源.（4）從第一點算起,第1、2點間距約為2mm的紙帶誤差小。（5）實驗中，只要驗證gh是否等于v2/2即可，不用測重錘的質(zhì)量。誤差分析：由于重錘克服阻力作功，所以動能增加量略小于重力勢能減少量。誤差分析1、偶然誤差：測量長度時會帶來誤差2、系統(tǒng)誤差：實驗中重物和紙帶下落過程中要克服阻力（主要是打點計時器的阻力）做功，故動能的增加量ΔEK必定稍小于勢能的減少量ΔEP。練習(xí)部分A【例2】在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，下列物理量中需要用工具直接測量的有____需要計算得到的有_______A.重錘的質(zhì)量B.重力加速度C.重錘下落的高度D.與重錘下落高度對應(yīng)的重錘的即時速度鞏固訓(xùn)練CD【例3】在“驗證機械能守恒定律”實驗中，需特別注意的有_______A.稱出重錘質(zhì)量mB.手提紙帶，先接通打點計時器然后松開紙帶讓重錘落下C.取下紙帶，可不考慮前面較密集中的點，選某個清晰的點作為起始運動點處理紙帶，驗證各式D.必須選取第1、2點間距離接近2mm的紙帶，從第1點算起處理紙帶，驗證各式鞏固訓(xùn)練BD⑵該同學(xué)用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作為跟B點對應(yīng)的物體的即時速度，則該段重錘重力勢能的減少量為_______，而動能的增加量為________，(均保留3位有效數(shù)字，重錘質(zhì)量用m表示)，這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量_______動能的增加量，原因是__________________________________。1.22m1.20m>重錘和紙帶下落過程中要克服阻力做功斜率k=g鞏固訓(xùn)練⑷如果以v2/2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的v2/2—h圖象是______________________該直線的斜率含義是______________________過原點的一條傾斜直線重力加速度g練習(xí)部分B思維?能力?訓(xùn)練為進(jìn)行《驗證機械能守恒》實驗，有下列器材可選用：鐵架臺、打點記時器、復(fù)寫紙、紙帶、秒表、低壓直流電源、導(dǎo)線、電鍵、天平，其中不必的器材是____________________________;缺少的器材是________________________。秒表、天平低壓直流電源低壓交流電源刻度尺、重物思維?能力?訓(xùn)練在“驗證機械能守恒”的實驗中，已知打點記時器所用的電源的頻率50Hz，查得當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間=9.8m/s2,測得所用的重物的質(zhì)量為1.00kg。實驗中得到一條如圖所示點跡清晰的紙帶，把第一個點記作O，另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量的點，經(jīng)測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點運動到C點，重力勢能的減少量等于______焦，動能的增加量等于______焦(取3位有效數(shù)字)。7.