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物理高中粤教版必修2《验证机械能守恒定律》课件1

上传时间: 2014-08-17

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4.5　验证机械能守恒定律

1.会设计并完善验证机械能守恒定律的实验方案．

2．明确实验的目的、原理、器材、步骤、注意事项及误差来源．

3．会对实验数据进行处理及误差分析．

学习目标

重点难点：验证机械能守恒定律的方法

一．实验目的

用自由落体运动验证机械能守恒定律

铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重物、纸带、夹子、复写纸片、导线、毫米刻度尺、低压交流电源

二．实验器材

(1)按图装置竖直固定打点计时器，

并用导线将打点计时器接在交流电源上.

三．实验步骤

(2)将长约1 m的纸带用夹子固定在重物

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)重复几次，得到3～5条打好点的纸带．

(5)在打好点的纸带中挑选点迹清晰且第一、二两点间距离接近于2mm的一条纸带，在起始点标上0，以后依次标上1,2,3……用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3…….

(6)应用公式vn＝计算各点对应的即时速度v1、v2、v3…….

(7)计算各点对应的重力势能减少量mghn和动能增加量

，并进行比较．

(2)实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一个点是一个清晰的点．

四．注意事项

(1)打点计时器要竖直架稳，使其与纸带限位孔在同一

竖直线上，以减小重物下降时所受的摩擦阻力．

(3)测量下落高度h时，应从起始点算起．为减小h的

相对误差，选取的计数点要离起始点远些．纸带也不

宜过长，有效长度可在60 cm～80 cm之间为佳．

(1)在测量重物下落的高度和计算某点的瞬时速度时，都要涉及长度的测量，由于长度的测量而带来的误差，此为偶然误差．

五．实验误差来源及分析

其三，选取的计数点应尽量远离O点，以减小相对误

差．

减小这种误差的办法有三个：

其一，保证测量时是从O点测量的；

其二，多次测量求平均值以减小误差；

(2)实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器和空气的阻力)做功，故动能的增加量ΔEk必定稍小于重力势能的减少量ΔEp，此为系统误差．

可采取竖直固定打点计时器，选择密度较大的重

物等方法来减小系统误差，但在误差允许的范围内可

以认为机械能守恒．

减小这种误差的办法：

验证机械能守恒定律的实验步骤如下：

A．把打点计时器固定在铁架台上，并用导线将打点计时器接在低压交流电源上

B．将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提着纸带，让手尽量靠近打点计时器

C．松开纸带，接通电源

D．更换纸带，重复几次，选点迹清晰的纸带进行测量

E．用天平测量物体的质量m

在上述实验步骤中错误的是_______和_______，多余的是________．

Ｂ

Ｃ

Ｅ

打第一个点时重物的初速度为零

２ｍｍ

(2)若实验中所用重锤的质量m＝1 kg，打点纸带如图所示，打点时间间隔为0.02 s，则记录B点时，重锤的速度vB＝________，重锤的动能Ek＝________，从开始下落起至B点重锤的重力势能减少量是________，由此可得出的结论是

________________________＿＿＿＿＿＿_____.

0.58 m/s

0.168 J

0.172 J

在误差允许的范围内，重锤的机械能守恒

Ｃ

图像的斜率表示什么？

如果得到的图像不是经过原点，原因是？

重力加速度

纸带与打点计时器间存在在摩擦，存在空气阻力

　　　下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差与操作正误的说法中,正确的是(　　)

A．重锤的质量称量不准会造成较大的误差

B．重锤的质量选用大些，有利于减小误差

C．重锤的质量选用小些，有利于减小误差

D．先松开纸带让重物下落,再让打点计时器工作，会造成较大差错

ＢＤ

1、在“探究外力做功与物体动能变化关系”实验中。

(1)实验室提供了以下实验器材：铁架台、打点计

时器、纸带、重锤，为顺利完成本实验，

你还需要的器材有：；(选填字母代号)

A、天平 B、弹簧秤 C、刻度尺 D、秒表

(2)实验室中有两种重锤，重锤A质量为50g，重锤B

质量为200g，应选用；(选填字母代号)

巩固练习

(3)实验中获得如下图所示纸带，若取g=10m/s2，完成下列数据。

vB= m/s ，vE= m/s。若重锤的质量是m，从B到E过程中，重锤动能变化量△Ek= ；重力对重锤所做的功W= 。△Ek与W的大小关系是△Ek W(选填“>”、“=”或“<”)

(4)实验中产生误差的主要原因是 .

0.40

0.98

0.80J

0.83J

纸带与打点计时器间存在在摩擦，存在空气阻力

ADBCEF

由于空气阻力和纸带与打点计时器之间的阻力，重物在下落的过程

中有一些机械能的损失

3.在利用自由落体“验证机械能守恒定律”的实验中.已知计时器所用电源的频率是50Hz，查得当地的重力加速度为g=9.8m/s2。如图所示为实验得到的一条点迹清晰的纸带，把第一个点记做O， A、B、C、D是每两个点取作一个计数点。经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为12.60cm、19.60cm、28.10cm、38.15cm。．根据以上数据，可知重物由O点运动到B点，重力势能的减少量等于_______________J，动能的增加量等______J．（已知所用重物的质量为1.00kg，取3位有效数

字．）根据计算的数据可得出什么结论____________________________________________________。

1.96

1.88

在误差范围内机械能守恒

左

1.50m/s

1.18J

1.13J

在误差允许范围内机械能守恒

5、某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”，如图，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小.在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小.小车中可以放置砝码.

（1）实验主要步骤如下：

①测量_________和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；

②将小车停在C点，_________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度.

③在小车中增加砝码，或_________，

重复②的操作.

（2）表1是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，

|v22-v12|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能

变化量ΔE,F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功.表格

中的ΔE1=_________,W3=_________.（结果保留三位有效数字）

表1 数据记录表

（3）根据表1，请在图中的方

格纸上作出ΔE-W图线.??????????????????????????????????????????

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