第五章实验六验证机械能守恒定律

第五章实验六验证机械能守恒定律第一页，共四十九页，编辑于2023年，星期四知识要点归纳实验目的利用自由落体运动验证只有重力作用下的物体机械能守恒．第二页，共四十九页，编辑于2023年，星期四实验原理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．若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，第三页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第四页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第五页，共四十九页，编辑于2023年，星期四实验器材铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹)．第六页，共四十九页，编辑于2023年，星期四过程分析导引实验步骤1．安装置：按图5－5－2将检查、调整好第七页，共四十九页，编辑于2023年，星期四图5－5－2的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路．第八页，共四十九页，编辑于2023年，星期四2．打纸带：将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地方．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次～5次实验．第九页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第十页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期四误差分析1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差．改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．第十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期四2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．减小误差的办法是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值．第十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期四注意事项1．应尽可能控制实验条件，即应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．第十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期四(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．2．实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直．接通电源后，打点计时器工作稳定后再松开纸带．第十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第二十页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第二十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第二十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期四实验改进物体下落过程中通过某一位置的速度可以用光电计时器测出来，利用这种装置验证机械能守恒定律，能消除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系统误差；也可以把电磁打点计时器更换成电火花式计时器，以消除计时器的振第二十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期四针在打点时对纸带产生的阻力;还可以把整个装置放在一个真空的环境中，以消除由于空气阻力作用而带来的误差．第二十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期四实验典例探究(2012·如皋统考)在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量m＝1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点．数据处理及误差分析例1第二十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期四如图5－5－3所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点(速度恰好为零)，每两个计数点之间还有四个点未画出,选连续的3个计数点A、B、C作为测量的点，如图所示，经测量知道A、B、C各点到O点的距离分别为50.50cm、86.00cm、130.50cm.第二十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期四已知打点计时器每隔0.02s打一次点，当地的重力加速度g＝9.80m/s2.图5－5－3第二十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期四根据以上数据，可计算出打B点时的速度vB＝________m/s;重物由O点运动到B点,重力势能减少了________J，动能增加了________J．根据所测量的数据，还可以求出物体实际下落的加速度为________m/s2，物体在从A到B下落的过程中所受到的平均阻力为第二十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期四________N(计算结果都要保留3位有效数字)，该阻力的来源主要有：(1)____________________________________________________________；(2)________________________________________________________________________．第二十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期四【解析】由于每两个相邻计数点之间还有4个点没有画出，所以每两个相邻计数点之间的时间间隔为0.1s，同时可求得：第三十页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第三十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第三十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第三十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第三十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期四Ff＝mg－ma＝1.00×9.80N－1.00×9.00N＝0.800N分析纸带受到的力有：重力、重物受到的空气阻力、纸带与限位孔之间的摩擦力等力的作用，所以阻力的来源是以上除重力之外的力．第三十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期四【答案】4.00

8.43

8.00

9.00

0.800重物受到的空气阻力纸带与限位孔之间的摩擦力第三十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期四(2010·高考海南卷)利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图5－5－4甲所示：实验创新例2第三十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期四图5－5－4第三十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期四(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1m，将导轨调至水平．②用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图乙所示，由此读出l＝________mm.第三十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期四③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离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.第四十页，共四十九页，编辑于2023年，星期四⑤从数字计时器(图甲中未画出)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所求物理量的表达式：第四十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期四①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＝________.第四十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期四③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．第四十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第四十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期四第四十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期四重力势能的减少，ΔEp＝mgs.(3)系统动能