（共40张PPT）【2014年备考】《全程复习》2013版高中物理全程复习配套课件（鲁科版）：实验六验证机械能守恒定律

实验六 验证机械能守恒定律 验证机械能守恒定律 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，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. 2.计算打第n个点时速度的方法：如图所示,由公式可得第n个点 的速度 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). 一、实验步骤 1.仪器安装：按图示将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，后松开纸带，让重物 带着纸带自由下落.更换纸带重复做3～5 次实验. 3.选纸带：分两种情况说明 (1)如果根据 mv2=mgh验证时，应选点迹清晰，打点成一条直 线，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带. (2)如果根据 mvB2 - mvA2=mgΔh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. 二、数据处理 方法一：利用起始点和第n点计算.代入mghn和 mvn2，如果在实 验误差允许的条件下mghn和 mvn2相等，则验证了机械能守恒定 律. 方法二：任取两点计算 (1)任取两点A、B测出hAB，算出mghAB. (2)算出 mvB2- mvA2的值. (3)在实验误差允许的条件下，若mghAB= mvB2- mvA2成立，则 验证了机械能守恒定律. 方法三：图象法.从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方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线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. 1.测量误差：测量两点之间的距离时造成误差.减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从起始计数点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值. 2.系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔEk= mvn2必定稍小于势能的减少量ΔEp= mghn，改进办法：(1)调整器材的安装，尽可能地减小阻力.(2)选用密度较大的重物. 1.安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力. 2.重物应选用质量和密度较大、体积较小的物体以减小空气阻力的影响. 3.应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落. 4.纸带长度选用60 cm左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量. 5.速度不能用vn=gtn或 计算，因为只要认为加速度 为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能 守恒定律.况且用vn=gtn计算出的速度比实际值大，会得出机械 能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所 以速度应从纸带上直接测量计算.同样的道理，重物下落的高度 h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn= gtn2或 计 算得到. 1.物体的速度可以用光电计时器测量，以减小由于测量和计算带来的误差. 2.整个实验装置可以放在真空的环境中操作，如用牛顿管和频闪照相进行验证，以消除由于空气阻力作用而带来的误差. 3.可以利用气垫导轨来设计该实验，以减小由于摩擦带来的误差. 实验数据的处理及误差分析 【例证1】在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知电磁打点 计时器所用的电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g= 9.80 m/s2，测得所用的重物质量为1.00 kg.实验中得到一条点 迹清晰的纸带(如图所示)，把第一个点记为O，另选连续的四个 点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点 的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm. (1)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). (2)根据以上数据，可知重物下落时的实际加速度a=______ _____m/s2，a________g(填“大于”或“小于”)，原因是________. 【规范解答】(1)由题意知重物由O点运动至C点，下落的高度为hC=77.76 cm=0.777 6 m，m=1.00 kg，g=9.80 m/s2，所以重力势能的减少量为ΔEp=mghC=1.0