单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,ppt精选,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,ppt精选,*,浙江专用,物理,第6讲实验六:验证机械能守恒定律,1,ppt精选,浙江专用 物理第6讲实验六:验证机械能守恒定律1ppt精,实验目的,利用自由落体运动验证机械能守恒定律。,实验原理,知识梳理,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,mv,2,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,ppt精选,实验目的知识梳理1.在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重,2.计算打第,n,个点时速度的方法:测出第,n,个点与相邻前后点间的距离,x,n,和,x,n,+1,由公式,v,n,=,或,v,n,=,算出,如图所示。,实验器材,铁架台(含铁夹)、打点计时器、电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度,尺、重物(带纸带夹)。,3,ppt精选,2.计算打第n个点时速度的方法:测出第n个点与相邻前后点间的,实验步骤,1.按图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架,台上,接好电路。,2.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。,3.更换纸带重复做3到5次实验。,4.选纸带:分两种情况,(1)用,m,=,mgh,n,验证时,应选点迹清晰,且第1、2两点间距离接近2 mm的,4,ppt精选,实验步骤4ppt精选,纸带。若第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,m,-,m,=,mg,h,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。,5.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,h,1,、,h,2,、,h,3,利用公式,v,n,=,计算出点1、点2、点3,的瞬时速度,v,1,、,v,2,、,v,3,5,ppt精选,纸带。若第1、2两点间的距离大于2 mm,这是由于先释放纸带,方法一利用起始点和第,n,点计算。代入,gh,n,和,如果在实验误差允许,的条件下,gh,n,=,则机械能守恒定律是正确的。,方法二任取两点计算。,(1)任取两点,A,、,B,测出,h,AB,算出,gh,AB,。,(2)算出,-,的值。,(3)若在实验误差允许的条件下,gh,AB,=,-,则机械能守恒定律是正确,的。,方法三图像法。从纸带上选取多个点,测量从第1个点到其余各点的下,6.验证,6,ppt精选,方法一利用起始点和第n点计算。代入ghn和,如果在实验,落高度,h,并计算各点速度的平方,v,2,然后以,v,2,为纵轴,以,h,为横轴,根据实,验数据绘出,v,2,-,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,即验证了机械能守恒定律。,注意事项,1.打点计时器要稳定地固定在铁架台上,打点计时器平面与纸带限位孔,调整在竖直方向,以减小摩擦力。,2.应选用质量和密度较大的重物,增大重力可使阻力的影响相对减小,增,大密度可以减小体积,可使空气阻力减小。,3.实验中,需保持提纸带的手不动,且保证纸带竖直,待接通电源,打点计时,7,ppt精选,落高度h,并计算各点速度的平方v2,然后以v2为纵轴,以h,器工作稳定后,再松开纸带。,4.测量下落高度时,为了减小测量值,h,的相对误差,选取的各个计数点要离,起始点远一些,纸带也不易过长,有效长度可以在6080 cm之间。,5.不需测出重物质量,只需验证,=,gh,n,即可。,6.速度不能用,v,n,=,gt,n,或,v,n,=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。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,h,n,=,g,或,h,n,=,计算得到。,8,ppt精选,器工作稳定后,再松开纸带。8ppt精选,误差分析,1.本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打,点计时器阻力)做功,故动能的增加量,E,k,稍小于重力势能的减少量,E,p,即,E,k,”“”或“=”),造成这种结果的主,要原因是,。,13,ppt精选,(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5=,2.,答案(1)4.08(2)1.421.46(3)存在空气阻力,解析(1),v,5,=,cm/s=408 cm/s=4.08 m/s。,(2)由题给条件知:,h,25,=(26.68+24.16+21.66)cm=72.5 cm=0.725 m,E,p,=,mgh,25,=0.2,9.8,0.725 J=1.42 J,E,k,=,m,-,m,=,0.2,(5.59,2,-4.08,2,)J=1.46 J,(3)由(2)中结果知,E,p,E,k,因为存在空气阻力,导致重力势能的增加量小于,动能的减少量。,14,ppt精选,2.答案(1)4.08(2)1.42,3.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/s,2,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/s,2,a,g(填“大于”或“小于”),原因是,。,15,ppt精选,3.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,3.,答案(1)7.627.57(2)9.75小于重物受空气阻力,纸带受打点计,时器的阻力,解析(1)由题意知重物由,O,点运动至,C,点,下落的高度为,h,C,=77.76 cm=0.7,77 6 m,所以重力势能的减少量为,E,p,=,mgh,C,=1.00,9.80,0.777 6 J=7.62 J。,重物经过,C,点时的速度,v,C,=,=,=,m/s=3.89 m/s,故重物动能的增加量,E,k,=,m,=7.57 J,(2)根据,CD,-,AB,=2,aT,2,CD,=,OD,-,OC,AB,=,OB,-,OA,代入数据得,a,=9.75 m/s,2,g,。,实验中重物受空气阻力,纸带受打点计时器的阻力作用,导致,a,g,。,16,ppt精选,3.答案(1)7.627.57(2,4.某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系,统机械能守恒。,(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平,利用现有器材如何判断导轨是否水平?,甲,17,ppt精选,4.某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成,(2)如图乙所示,用游标卡尺测得遮光条的宽度,d,=,cm;实验时将滑块,从图甲所示位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间,t,=1.2,10,-2,s,则滑块经过光电门时的瞬时速度为,m/s。在本次实验,中还需要测量的物理量有:钩码的质量,m,、,和,(文字说明并用相应的字母表示)。,(3)本实验通过比较,和,在实验误差允许的,范围内是否相等(用测量的物理量符号表示),从而验证系统的机械能守恒。,乙,18,ppt精选,(2)如图乙所示,用游标卡尺测得遮光条的宽度d=,4.,答案见解析,解析(1)接通气源,将滑块静置于气垫导轨上(不挂钩码),若滑块能在各,个位置保持静止,则说明导轨是水平的(或取下钩码,轻推滑块,滑块能做匀,速直线运动)。,(2),d,=5 mm+2,0.1 mm=0.52 cm;,v,=,=,m/s=0.43 m/s;还需测量滑,块质量,M,滑块移动的位移,x,。,(3)比较钩码重力势能的减少量,mgx,及钩码和滑块共同的动能增加量,(,m,+,M,)(,),2,。,19,ppt精选,4.答案见解析19ppt精选,典例剖析,典例1,在“验证机械能守恒定律”的实验中,打点计时器接在50 Hz的交,流电源上,自由下落的重物质量为1 kg,一条理想的纸带数据如图所示,单位,是cm。,g,取9.8 m/s,2,O,、,A,之间有几个计数点没画。,O,点是重物开始下落时,打出的第1个点。,20,ppt精选,典例剖析典例1在“验证机械能守恒定律”的实验中,打点计时器,(1)从起点,O,到打下计数点,B,的过程中重力势能的减少量,E,p,=,此,过程中物体动能的增加量,E,k,=,。,(2)如果以,为纵轴,以下降高度,h,为横轴,根据多组数据绘出,h,-,的图像,这,个图像应该是,图线上任意两点的纵坐标之差与横坐标之差的比,等于,。,21,ppt精选,(1)从起点O到打下计数点B的过程中重力势能的减少量Ep=,量,E,k,=,m,而,v,B,=,=,=0.98 m/s,所以,E,k,=0.480 J。,(2)根据,mv,2,=,mgh,可知,以,为纵坐标,以,h,为横坐标,绘出的,-,h,图像应为,过原点的倾斜直线,图线上任意两点的纵坐标之差与横坐标之差的比等于,9.8 m/s,2,。,答案(1)0.491 J0.480 J,(2)过原点的倾斜直线9.8 m/s,2,解析(1)从点,O,到点,B,重力势能的减少量,E,p,=,mgh,OB,=0.491 J,动能的增加,22,ppt精选,量Ek=m,而vB=0.98 m/s,所以E,典例2利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置示意图如图所示:,(1)实验步骤:,将气垫导轨放在水平桌面上,桌面高度不低于1 m,将导轨调至水平;,用游标卡尺测量挡光条的宽度,l,=9.30 mm;,由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离,s,=,cm;,将滑块移至光电门1左侧某处,待砝码静止不动时,释放滑块,要求砝码落,地前挡光条已通过光电门2;,23,ppt精选,典例2利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置示意图如图所,从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所,用的时间,t,1,和,t,2,;,用天平称出滑块和挡光条的总质量,M,再称出托盘和砝码的总质量,m,。,(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式:,滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为,v,1,=,和,v,2,=,。,当滑块通过光电门1和光电门2时,系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝,码)的总动能分别为,E,k1,=,和,E,k2,=,。,在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中,系统势能的减少量,E,p,=,(重力加速度为,g,)。,(3)如果,E,p,=,则可认为验证了机械能守恒定律。,24,ppt精选,从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光,解析由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离,s,=80.30 cm-20.30 cm=60.00 cm。,由于挡光条宽度很小,因此将挡光条通过光电门时的平均速度看做瞬时速,度,因此,滑块通过光电门1时瞬时速度为,通过光电门2时瞬时速度为,。,由公式,E,k,=,mv,2,可得:滑块通过光电门1时系统的动能,E,k1,=(,M,+,m,),滑,25,ppt精选,解析由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离25ppt精选,块通过光电门2时系统的动能,E,k2,=,(,M,+,m,),