2018-2019学年高中物理鲁科版必修2（课件+检测）：第2章 实验：验证机械能守恒定律 (2份打包)

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 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mv2，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．速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度，即vt＝算出，如图1所示． 或vn＝2t.计算打第n个点瞬时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn＋1，由公式vn＝ 图1 三、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)． 一、实验步骤 　 图2 (1)安装置：按图2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，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) 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，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的．这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选． ②用＝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． mv－mv 二、数据处理 1．数据处理 在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3…用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3… 利用公式vn＝计算出点1、点2、点3…的瞬时速度v1、v2、v3… 2．验证 方法一：利用起始点和第n点计算．计算ghn和，则机械能守恒定律是正确的． v，如果在实验误差允许的范围内ghn＝v 方法二：任取两点计算． ①任取两点A、B测出hAB，算出ghAB. ②算出的值． v－v ③若在实验误差允许的范围内ghAB＝，则机械能守恒定律是正确的． v－v 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-h图线．若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒． v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出 三、误差分析 误差 产生原因 减小方法 偶然误差 测量长度带来的误差 (1)测量距离时应从计数0点量起，且选取的计数点离0点远些 (2)多次测量取平均值 系统误差 重物和纸带下落过程中存在阻力 (1)打点计时器安装稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力 (2)选用质量大、体积小的物体作重物，以减小空气阻力的影响 四、注意事项 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线上以减小摩擦阻力． 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，也只能用毫米刻度尺直接测量，而不能用hn＝gt2计算得到． 或hn＝ 6．本实验不必称出重物质量. 实验探究1　纸带的分析和计算 　在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量m＝1 kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图3所示(相邻两计数点时间间隔为0.02 s)，单位cm，那么 图3 (1)纸带的________端与重物相连； (2)打点计时器打下计数点B时，重物的速度vB＝________； (3)从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能减少量是ΔEp＝________J，此过程中重物动能的增加量ΔEk＝________J(g取9.8 m/s2)； (4)通过计算，数值上ΔEp________ΔEk(选填“>”、“＝”或“<”)，这是因为_______________________________________________________________． 【解析】　(1)重物下落的过程中，重物的速度越来越大，打的点间距应当越来越大，故O端与重物相连． (2)B点瞬时速度等于AC段的平均速度 vB＝ m/s＝0.98 m/s.＝ (3)重力势能减少量 ΔEp＝m