【优化指导】高中物理 79 实验 验证机械能守恒定律同步课件 新人教必修2

第九节实验：验证机械能守恒定律

一、实验目的验证机械能守恒定律．二、实验原理通过实验，求做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量．若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．三、实验器材打点计时器及电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线．四、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．接电源，打纸带：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，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落．重复几次，打下3～5条纸带．3．选纸带：选取点迹较为清晰的．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0到点1、点2、点3……的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3……六、注意事项1．安装打点计时器时，必须使两个限位孔在同一竖直线上，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．实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动．接通电源后，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点．七、误差分析1．本实验的误差主要来自于空气阻力及纸带和计时器限位孔之间的摩擦．故重力势能的减少量应等于动能增加量和克服阻力做功之和．所以动能的增加量应略小于重力势能的减少量．2．偶然误差测量长度时会带来误差，减小误差的办法是：(1)测距离时都应从打第一个点O点量起．(2)多测几次取平均值．3．系统误差实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量ΔEk必定稍小于重力势能的减少量ΔEp. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，有下列A至F六个步骤：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，让重锤自由下落C．取下纸带，更换纸带(或将纸带翻个面)，重新做实验答案：(1)ADBCEF(2)BCD【针对训练练】1.关于验验证机械能能守恒定律律的实验步步骤有以下下说法A．把打点点计时器固固定在铁架架上，并且且用导线将将打点计时时器接在低低压交流电电源上B．将连有有重物的纸纸带穿过限限位孔，用用手提着纸纸带，让重重物尽量靠靠近打点计计时器C．松开纸纸带，接通通电源D．更换纸纸带，重复复几次，选选用点迹清清晰且第1、2两点点间距为2mm的的纸带E．用天平平称出物体体的质量，，利用mgh＝mv2/2验证机机械能守恒恒定律在上述实验验步骤中错错误的是______；多余余的是______．答案：CE在“验证机械能能守恒定律律”的实验中，，已知打点点计时器所所用电源的的频率为50Hz，查得当当地的重力力加速度g＝9.80m/s2，某同学选选择了一条条理想的纸纸带，用刻刻度尺测量量时各计数数点对应刻刻度尺上的的读数如图图所示，图图中O点是打点计计时器打出出的第一个个点，A、B、C、D分别是每打打两个点取取出的计数数点．根据据以上数据据，可知重重物(质量量为m)由O点运动到B点时：(1)重力力势能的减减少量为________；；(2)动能能的增加量量为________；(3)根据据计算的数数据可得出出什么结论论？产生误误差的主要要原因是什什么？(3)从(1)、(2)中计计算的数据据得出在实实验误差允允许的范围围内重物减减少的重力力势能等于于其动能的的增加，机机械能守恒恒．重物减少的的重力势能能略大于其其增加的动动能，原因因是重物在在下落时要要受到阻力力作用(打打点计时器器对纸带的的摩擦力、、空气阻力力)，克服服阻力做功功．答案：(1)1.911m(2)1.864m(3)见解解析【题后总结结】(1)动能能增量略小小于势能减减少量，属属于系统误误差．(2)注意意处理数据据时的单位位换算．【针对训练练】2.在“验证机械能能守恒定律律”的实验中，，已知打点点计时器所所用电源的的频率为50Hz，取当地地的重力加加速度g＝9.8m/s2，测得所用用的重物的的质量为1.00kg.实实验中得到到一条点迹迹清晰的纸纸带，把第第一个点记记作O，另选连续续的4个点点A、B、C、D作为测量的的点．经测测量知道A、B、C、D各点到O的距离分别别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、、85.73cm.根据以以上数据，，可知重物物由O点运动到C点，重力势势能的减少少量等于____J，动能的的增加量等等于______J(取3位位有效数字字)．答案：7.627.561．在“验验证机械能能守恒定律律”的实验验中，下列列物理量中中需要用工工具直接测测量的和通通过计算得得到的有()A．重锤的的质量B．重力加加速度C．重锤下下落的高度度D．与重锤锤下落高度度对应的重重锤瞬时速速度答案：CD2．如图所所示是用自自由落体法法验证机械械能守恒定定律时得到到的一条纸纸带，我们们选中N点来验证机机械能守恒恒定律．下下面举出一一些计算打打N点时纸带下下落速度的的方法，其其中正确的的是(T是打点周期期)()答案：C答案：A4．用落体法法验证机械械能守恒定定律中(1)从下下列器材中中选出实验验所必需的的，其编号号为______．．A．打点计计时器(包包括纸带)B．．重锤C．天平D．毫毫米刻度尺尺E．秒表F．运运动小车(2)打点点计时器的的安装放置置要求为_____________________________________________________________；开始打点计计时的时候候，应先__________，然后后__________．答案：(1)ABD(2)使使两个限限位孔的的中线严严格竖直直先接接通电源源释放放纸带(3)点点迹清晰晰点间距距合适(4)纸纸带通过过打点计计时器时时的阻力力和重锤锤所受的的空气阻阻力小小于它所所减少的的重力势势能应应选体积积小、密密度大的的重锤(5)一一条过原原点的倾倾斜直线线重力力加速度度5.某个个小组的的三位同同学按照照正确的的操作选选得纸带带如图．．其中O是起始点点，A、B、C是打点计计时器连连续打下下的3个个点．该该同学用用毫米刻刻度尺测测量O到A、B、C各点的距距离，用用重锤在在OB段的运动动来验证证机械能能守恒，，已知当当地的重重力加速速度g＝9.80m/s2，打点计计时器所所用电源源频率为为f＝50Hz，，设重锤锤质量为为1.00kg.(3)丙丙同学用用AC段的平均均速度作作为跟B点对应的的重锤的的瞬时速速度，若若hA＝9.51cm，hB＝12.42cm，，hc＝15.70cm，，则丙同同学算得得该段重重锤重力力势能的的减少量量为________J((4)若你是指导老师，你认为三个同学的数据处理方法中较合理的是________．(选填“甲”、“乙”或“丙”，此空为不定项选择)解析：甲同学用用vB＝ngT求得的速速度vB为理论值值，但由由于实验验中存在在阻力，，重锤实实际下落落的高度度比理论论上在nT时间内下下落的小小，故造造成重力力势能的的减少小小于动能能的增加加．乙同学用用机械能能守恒规规律验证证机械能能守恒，，故得到到的重力力势能的的减少等等于动能能的增加加．答案：(1)小小于(2)等等于(3)1.221.20大大于(4)丙6．在“验证机械械能守恒恒定律”的实验中中，打点点计时器器所用电电源频率率为50Hz，当地地重力加加速度的的值为9.80m/s2，测得所所用重物物的质量量为1.00kg.若按实验验要求正正确地选选出纸带带进行测测量，量量得连续续三点A、B、C到第一个个点的距距离如图图所示(相邻计计数点时时间间隔隔为0.02s)，，那么(1)纸纸带的________端与与重物相相连．(2)打打点计时时器打下下计数点点B时，重物物的速度度vB＝______________.(3)在在从起点点O到打下计计数点B的过程中中重力势势能的减减少量是是ΔEp＝________，，此过程程中重物物动能的的增加量量是ΔEk＝________.(4)通通过计算算，数值值上ΔEp_