7.9 实验：验证机械能守恒定律-人教版物理必修二第7章机械能守恒定律课件【2019原创资源大赛】

实验:验证机械能守恒定律 郭雪鹏 临泉一中 9 9 一、用自由落体运动验证机械能 守恒定律 1.实验原理 重物做自由落体运动，在纸带上选取两点，算出动能的变化量。测量两点的距离，算出重力势能变化量。若在误差允许范围内，二者相等，说明机械能守恒. 2 2.数据处理 A点速度vA=xA/(2T ) B点速度vB=xB/(2T ) 若1/2·mvB2-1/2·mvA2=mgh 说明机械能守恒 思考： ①重物质量必须测量吗？ ②重力加速度取多少？ 若vB2/2-vA2/2=gh，机械能守恒 3 ·· · · · · · · · · A B xA xB h 问题：实验中选用两个点处理数据，计算动能变化量和势能的减少量.这种处理方法浪费很多计数点. 为提高数据的利用率，可以采取哪些方法？ 4 ·· · · · · · · · · · · 0 1 2 3····· i i+1 方法一：验证起始点到各计数点动能增加量和势能减少量是否相等 计算出计数点0的速度v0，算出各计数点的速度vi，测量计数点 i 到起始点0的距离hi。 5 ·· · · · · · · · · · · 0 1 2 3····· i i+1 hi 方法二：图像法 6 测出计数点 i 的速度vi,动能Eki=1/2mvi2。测出计数点i 到计数点0 的距离hi.以计数点0为零势能参考点，i点的重力势能Epi=-mghi. 以h为横轴，hi为横坐标，Eki和Epi为纵坐标.画出Ek-h图像和Ep-h图线.若两个图线斜率的绝对值基本相等，说明机械能守恒 ·· · · · · · · · · · · 0 1 2 3····· i i+1 hi 7 h Ek Ep 3.实验步骤 将铁架台放在桌边，打点计时器固定在铁架台上. 取一纸带,连接重锤.将纸带穿过打点计时器的限位孔，用手提着，使重锤静止在靠近打点计时器的地方. 接通打点计时器的电源,几秒后，放手释放纸带,让重锤带着纸带下落. 舍弃开头过于密集的点,选择一个点作为起始点.在起始点下方标记0，然后每隔一个点，选定一个计数点,标记1、2、3…… 8 用刻度尺测量出每个计数点相邻的两个点之间的距离d,计数点的瞬时速度v=d/(2T),重锤在计数点处的动能为1/2mv2 用刻度尺测量出起始点到各计数点的距离h，重锤在计数点处的重力势能为-mgh（以起始高度作为零势能面） 以横轴表示h,纵轴表示重锤的动能Ek和重力势能Ep，作出Ek,Ep-h图.若两根图线斜率的绝对值基本相同,说明机械能守恒. 9 4.误差分析 问题1：重物下落时，受到哪些阻力？如何减少阻力是实验的影响？ 纸带与墨粉纸盘间有阻力 纸带与限位孔间存在阻力 重物下落受空气阻力 纸带与限位孔保持平行、选择横截面积小，质量大的重锤作为下落物体 10 问题2：由阻力造成的误差属于系统误差还是偶然误差？本实验存在哪些偶然误差？如何减少偶然误差？ 阻力造成的误差属于系统误差，由实验原理不完善造成；测量两计数点距离时造成的误差为偶然误差，可采取多次测量两计数点距离，取平均值方法降低偶然误差. 11 问题3：由于存在阻力，计算得到的势能减少量mgh和动能增加量ΔEk大小关系如何？ 由于存在阻力，一部分重力势能转化为内能，那么mgh >ΔEk 12 数据举例——以自由落体运动为例 计数点i di/cm v/(m·s-1) hi/cm (Eki/M ) ( Epi/M ) 1 2.32 1.24 2.32 0.77 -0.23 2 2.65 1.43 4.97 1.02 -0.49 3 3.05 1.61 8.02 1.30 -0.79 4 3.39 1.79 11.41 1.60 -1.12 5 3.77 1.97 15.18 1.95 -1.49 6 4.12 2.17 19.3 2.35 -1.89 7 4.56 2.39 23.86 2.86 -2.34 8 5.01 2.60 28.87 3.37 -2.83 9 5.38 2.74 34.25 3.75 -3.36 10 5.58 2.89 39.83 4.18 -3.90 11 5.98 13 14 Ek-h Ek = 0.093h + 0.560 2.3199999999999972 4.9700000000000024 8.02 11.41 15.18 19.3 23.86 28.869999999999987 34