高中物理人教版必修2课件第7章 9实验：验证机械能守恒定律 20页

9．实验：验证机械能守恒定律 1．实验原理：自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转化，总的机械能守恒．设某时刻物体的瞬时速度为v，下落高度为h，则有________________．利用打点计时器，通过纸带测出重物某时刻下落的高度及该时刻的_________，即可验证机械能守恒定律．瞬时速度刻度尺低压交流电源2．实验器材：打点计时器、________、纸带、复写纸片、重物、____________、带有夹子的铁架台、导线等． 3．减小实验误差：为了减小阻力对实验的影响，应采用密度________(填“较大”或“较小”)的重物，纸带应________放置．较大竖直4．关于“验证机械能守恒定律”的实验，下列叙述的步骤中，正确的或必要的是()CA．利用天平测出重锤的质量B．采用直流低压电源接打点计时器C．先接通电源，后释放纸带D．用秒表测出重锤下落的时间 5．在“验证机械能守恒定律”的实验中，通过计算得到的有()A．重锤的质量DB．重锤的下落时间C．重锤的下落高度D．与重锤下落高度对应的瞬时速度解析：重锤的质量不需要测量；打点计时器是计时的仪器，故下落时间不需要计算；重锤下落的高度要测量出来；只有与重锤下落高度对应的瞬时速度需要用平均速度计算出来． 落体法验证机械能守恒定律【实验目的】研究物体自由下落过程中动能与势能的变化，从而验证机械能守恒定律． 增加量为—mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若【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．若物体某时刻的瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的12相等则验证了机械能守恒定律． (2)速度的测量：做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度．计算打第n个点时的瞬时速度的方法是：测出第n个点前后相邻两段相等时间T内下落的距离xn和xn＋1，由公式vn＝________算出，如图7－9－1所示．图7－9－1【实验器材】铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带纸带夹子)、纸带若干条、复写纸片、导线、刻度尺、学生电源等．xn＋xn＋12T 【实验步骤】(1)安装：如图7－9－2所示，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．图7－9－2 (2)纸带打点：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的限位孔，用手提着纸带，使重物停靠在打点计时器附近，先___________，待打点稳定后再____________，让重物自由下落．重复几次，打下3～5条纸带．(3)选纸带：选取点迹较为清晰的纸带，挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0、1、2、3……(4)数据测量：测出点0到点1、点2、点3……的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3……接通电源释放纸带 【注意事项】(1)打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向上，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，可使空气阻力减小．(3)实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带．(4)测下落的高度时，要从第一个打的点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完． 【误差分析】(1)本实验中，因重物和纸带在下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量一定略小于重力势能的减少量，这是不可避免的，属于系统误差，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．(2)本实验的另一误差来源于长度的测量，属于偶然误差．减小误差的方法是测量物体的下落距离时，所选的距离尽可能大一些，或者多次测量取平均值． 【例题】(1)为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关．其中不必要的器材是_____________，缺少的器材是______________．(2)在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g＝9.8m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg.实验中得到的一条点迹清晰的纸带，如图7－9－3所示，把第一个点记为O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量点，待测量后知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm. 根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于________J，动能的增加量等于________J．(取三位有效数字)图7－9－3解析：(1)打点计时器工作是需要用交流电源的，故低压直流电源应该换成低压交流电源；在该实验中，物体的质量可以不用测量，用不到天平；打点计时器已经起到计时的作用，秒表是多余的，而且打点计时器比秒表计时更精确． 答案：(1)低压直流电源、天平、秒表低压交流电源、重锤、刻度尺(2)7.627.57 【触类旁通】1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，有下述步骤：A．将打点计时器竖直固定在铁架台上；B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落；C．取下纸带，换新纸带，重新实验；D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带；E．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1、h2、h3、…、hn，计算出对应的瞬时速度；以上实验步骤的合理顺序是____________．ADBCEF 2．在“用落体法验证机械能守恒定律”的实验中：(1)所用重锤的质量m＝1.0kg，打点计时器所用电源的频率为50Hz，打下的纸带如图7－9－4所示(图中的数据为从起始点O到该点的距离)，则在打B点时，重锤的速度vB＝_____m/s，重锤的动能EkB＝______J，从开始下落到打B点时，重锤的势能减少量是______J．(取两位有效数字)图7－9－4 (2)根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以v2为纵轴，h为横轴，画出的图线应是下图中的() 答案：(1)0.790.310.32(2)C