《实验：验证机械能守恒定律》 复习课件

第八章机械能守恒定律第五节实验：验证机械能守恒定律目标体系构建【学习目标】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。【思维脉络】课前预习反馈

实验目的验证机械能守恒定律。知识点1

实验原理在只有________作用的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总机械能________。若物体由静止下落高度h时，其瞬时速度为v，则重力势能的减小量为__________，动能的增加量为__________，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。知识点2重力守恒mgh

实验器材铁架台(带铁夹)，打点计时器，重锤(带纸带夹子)，纸带数条，复写纸片，导线，毫米刻度尺。除了上述器材外，还必须有____________(交流4～6V)。注意：重锤应选体积________、质量________者，以减少空气阻力的影响。又因无需测其质量，所以本实验不用________。知识点3学生电源较小较大天平课内互动探究探究一

一、实验步骤1．按图(甲)装置竖直架稳打点计时器，并用导线将打点计时器接在4～6V交流电源上。2．将长约1m的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打点计时器，用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方。3．接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点。4．换几条纸带，重复上面的实验。5．在取下的纸带中挑选第一、二两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量。先记下第一点0的位置，再任意取五个点1,2,3,4,5，用刻度尺测出距0点的相应距离，如图(乙)所示。6．计算出各点对应的瞬时速度v1，v2，v3……。7．计算各点对应的势能减少量mghn，并和动能增加量mv/2进行比较。三、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，这就要尽量减少各种阻力，采取的措施有：(1)铁架台应竖直安装，可使纸带所受阻力减小。(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．应先接通电源让打点计时器开始打点，再放开纸带让重锤下落。四、误差分析1．测量长度时会存在偶然误差，所以测长度时要多测几次，取平均值即可减小此误差。2．由于本实验中有纸带与限位孔间的摩擦力(主要因素)和空气阻力(次要因素)的影响，这是系统误差，它使增加的动能小于减小的重力势能，要减小影响，采用增加重锤质量的办法，因为当重锤的重力远大于阻力时，可忽略阻力的影响。3．为了减小相对误差，选取的计数点最好离第一个点远一些。4．若第一、第二两点间的距离小于2mm，则这两点间的时间间隔不到0.02s或阻力过大。实验原理及操作步骤考点二

“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示采用重物自由下落的方法：(1)实验中，下面哪种测量工具是必需的______。A．天平 B．直流电源C．刻度尺 D．秒表典例剖析典例1C

(2)已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地的重力加速度g＝9.80m/s2，所用重物的质量为200g。实验中选取一条符合实验要求的纸带如下图所示，O为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续点。乙1.92

(3)实验中，发现重物减少的势能总是大于重物增加的动能，造成这种现象的主要原因是___________________________________________。思路引导：做实验，要理解其目的、原理、器材及其思路，才能很好地分析处理实验的有关问题。克服空气对重物和打点计时器对纸带的阻力做功对点训练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．用天平称出重物和夹子的质量。B．固定好打点计时器，将连着重物的纸带穿过限位孔，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。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________________________________________________。A

BCDF

B中“让手尽量靠近”改为“让重物尽量靠近”C中“松开纸带，接通电源”改为“接通电源，松开纸带”D中“距离O点较近处”改为“距离O点较远处”解析：因本实验是通过比较重力势能的减少量是否等于动能的增加量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”应改为“让重物尽量靠近打点计时器”，因打点计时器开始工作应从与重物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物下落，才可保证打第一个点时重物的初速度为零或近似为零，并且使纸带上的第一个点是清晰的小点。实验数据处理考点二

某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带一部分损坏，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm。打点计时器工作频率为50Hz，重力加速度g取9.8m/s2。典例剖析典例2(1)重物在2点的速度v2＝_________________，在5点的速度v5＝__________________，此过程中动能增加量ΔEk＝_______________，重力势能减少量ΔEp＝_______________。由以上可得出实验结论__________________________________。(2)根据实验判断下列图中正确的图像是(其中ΔEk表示物体动能的变化量，Δh表示物体下落的高度) (

)1.50m/s

2.075m/s

1.03mJ

1.06mJ

在误差允许的范围内，机械能守恒C

2．某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m＝0.2kg，计算结果保留三位有效数字)：对点训练时刻t2t3t4t5速度(m·s－1)4.994.483.98(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝_________m/s；(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝_________J，动能减少量ΔEk＝_________J