2020-2021学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册课件：1.5 验证机械能守恒定律 第二课时

第2课时　 验证机械能守恒定律　　　　　　 【实验目的】 1.验证机械能守恒定律。 2.进一步熟悉打点计时器的使用。 【实验器材】 铁架台、___________、交流电源、纸带、重物、天 平、砝码、刻度尺。 打点计时器 【实验原理与设计】 1.实验原理: 让物体自由下落,在忽略阻力情况下,探究物体的机械 能守恒,有两种方案探究物体的机械能守恒: (1)以物体下落的起始点O为基准,测出物体下落高度 h时的速度大小v,若 mv2=mgh成立,则可验证物体的 机械能守恒。 (2)测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2, 若关系式 m - m =mgh成立,则物体的机械能 守恒。 2.测量的物理量: (1)位移的测量:让带有纸带的重物自由下落,利用 ___________记录重物下落过程的位移。 (2)重物下落高度(h):选取纸带上的某点作为高度的 起点,量出___________________________作为高度。 (3)重物的质量(m):用_____称出重物的质量。 打点计时器 纸带上其他点相对该点的距离 天平 3.计算的物理量: (1)瞬时速度:v= 。 (2)重力势能:Ep=____。 (3)动能:Ek= mv2。 mgh 【实验过程】 1.安装置:按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。 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,然后再松开纸带,让重物带着纸带自由下落。更换纸带,按上述要求再重复做3～5次。 3.选纸带: 分两种情况: (1)应选点迹清晰且1、2两点间距离小于或接近2 mm的 纸带。若1、2两点间的距离大于2 mm,这是由先释放纸 带,后接通电源造成的。这样,第1个点就不是运动的起 始点了,纸带上第1个点对应的动能就不等于零。原理 式mgh= mv2就不成立了。 (2)用mgΔh= m - m 验证时,由于重力势能的 相对性,处理纸带时,选择适当的点为基准点,这样纸带 上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要 了,所以只要后面的点迹清晰就可选用。 4.测距离:用毫米刻度尺测出O点到1、2、3…各计数点的距离,求出重物对应于各点下落的高度h1、h2、h3…并将各点对应的高度填入设计的表格中。 【数据处理】 1.计算各点对应的瞬时速度:记下第1个点的位置O,在 纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、 3…并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3…再利用 匀变速直线运动公式vn= ,计算出1、2、3、 4…n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4、…vn。 2.实验验证: 方法一:利用起始点O和n个计数点,分别计算出各点对 应的重力势能和动能。设起始点O处的重力势能为零, 则各计数点处的重力势能为-mghn,对应的动能为 m ,如果在实验误差允许的范围内ghn= ,则机 械能守恒。 方法二:任意选取两点A、B,测出hAB,计算出ghAB;再计 算出vA、vB、 的值,如果在实验误差允许的范 围内ghAB= ,则机械能守恒。 方法三:图像法。从纸带上多选取几个 计数点,测量出O点(起始点)到其余各计 数点的距离(物体下落的高度)h,并计算 出各点速度的平方v2,然后以 v2为纵轴, 以h为横轴,根据实验数据绘出 v2-h图线。若在误差 允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线,则 验证了机械能守恒定律。 【误差分析】 1.系统误差:在只有重力对物体做功时,物体的动能和重力势能可以相互转化,且动能和重力势能的总和保持不变。但实验不可避免地存在阻力(打点计时器与纸带间的摩擦阻力、空气阻力等),重物下落要克服阻力做功,部分机械能转化成内能,下落高度越大,机械能损失越多,所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。改进的办法是改进器材,尽量减小阻力。 2.偶然误差:在进行长度测量时,测量及读数不准造成误差。减小误差的办法: (1)测量距离时都必须从起始点O开始依次测量。 (2)多测几次,取平均值。 3.打点计时器产生的误差: (1)由于交流电的周期不稳定,造成打点时间间隔变化而产生误差。 (2)振动片振动不均匀,打点过浅或过紧造成误差;纸带放置的方法不正确,计数点选取得不好,都会造成误差。 【实验探究】 1.实验操作过程中,如何减少由于各种阻力造成的误差? (科学探究) 提示:尽量减小各种阻力以减小实验误差,可采取如下措施: (1)物体选用体积小、密度大的重锤,且力求纸带下落前保持竖直,以减小系统误差。 (2)打点计时器必须稳固安装在铁架