5.5《实验：验证机械能守恒定律》.ppt

实验六 验证机械能守恒定律 要点归纳 【实验目的】 验证机械能守恒定律. 【实验原理】 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,但总的机械能守恒.若物体从静止 开始下落,下落高度为h时的速度为v,恒有 故只需借助打点计时器,通过纸带测出重物某时刻的 下落高度h和该时刻的瞬时速度v,即可验证机械能守 恒定律.测定第n点的瞬时速度的方法是:测出第n点;相邻的前、后两段相等时间间隔T内下落的高度xn-1 和xn+1(或用hn-1和hn+1),然后由公式vn=(xn+1+xn-1)/2T 或由vn=(hn+1-hn-1)/2T可得vn(如图1所示). 【实验器材】 铁架台(带铁夹)、打点计时器、交流电源(与打点计 时器配套)、导线、带铁夹的重物、复写纸、纸带、 刻度尺.;【实验步骤】 1.安装、准备:按如图2装置把打点计时器安装在 铁架台上,用导线把打点计时器与学生电源连接 好.把纸带的一端在重物上用夹子固定好,另一 端穿过计时器限位孔,用手竖直提起纸带使重物 停靠在打点计时器附近. ;2.实验过程:先接通电源,后松手让重物带着纸带 自由下落,这样计时器就在纸带上打下了一系列 点,并重复以上步骤,得到3～5条打好点的纸带. 3.选择、计算:在打好点的纸带中挑选一条点迹清 晰且第一、二两点间的距离约为2 mm的纸带,在 起点标上O,以后各点依次标上1、2、3、4、…, 用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3、h4、…, 应用公式vn=(hn+1-hn-1)/2T计算各点对应的瞬时 速度v1、v2、v3、… 4.得出结论:计算各点对应的重力势能减少量mgh 和动能增加量mvn2/2,进行比较,看在误差允许 范围内是否一致,从而验证机械能是否守恒. ;【误差分析】 1.本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服阻 力做功,故动能的增加量一定略小于重力势能的 减少量,这是不可避免的,属于系统误差,改进的 方法是调整器材的安装,尽可能地减少阻力. 2.本实验的另一误差来源于长度的测量,属于偶然 误差. 【注意事项】 1.实验前的准备 (1)打点计时器安装时应注意,两纸带限位孔必须 在同一竖直线上,以减少摩擦阻力.;(2)重物应选择质量较大的,从而使重力远大于下 落过程中受到的阻力. 2.实验过程 因为实验要求第一个点对应重物开始下落的时刻, 这就要尽量使每点都要清晰,为此应先接通电源, 待打点计时器正常工作后再松开纸带. 3.测量和数据处理 (1)测量长度时,都必须从起始点开始,只进行一次 刻度对齐,读出各段数值,以减少因测量次数过多 而带来的误差. (2)实验不用测重物的质量,只需验证gh是否等于vn2/2即可.;(3)纸带的选取:若选第一个点为计时起点(该点速 度为零),则应选择第一、二两点间的距离接近2 mm 且点迹清晰的纸带进行测量;如果纸带开始的点迹不 清晰,也可以选择中间的一段来进行验证,所依据的 公式是 需要验证的式子是;典例剖析 用如图3所示的实验装置验证机 械能守恒定律.实验所用的电源为学生 电源,输出电压为6 V的交流电和直流电 两种.重物从高处由静止开始下落,重物 上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上 的点痕进行测量,即验证机械能守恒定律. (1)下面列举了该实验的几个操作步骤: A.按照图示的装置安装器件; B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上; C.用天平测量出重物的质量;;D.释放悬挂纸带的夹子,同时接通电源开关打出一 条纸带; E.测量打出的纸带上某些点间的距离; F.根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重 力势能是否等于增加的动能. 其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤是 . (将其选项对应的字母填在横线处) (2)利用这个装置也可以测量重物下落的加速度a的 数值.如图4所示,根据打出的纸带,选取纸带上连续 的五个点A、B、C、D、E,测出A点距起始点O的距 离为x0,点A、C间的距离为x1,点C、E间的距离为x2, 使用交流电的频率为f,根据这些条件计算重物下落的 加速度a= . ; (3)在上述验证机械能守恒定律的实验中发现,重物 减小的重力势能总是大于重物增加的动能,其原因主 要是重物下落的过程中存在阻力作用,可以通过该实 验装置测定该阻力的大小.若已知当地重力加速度公 认的较准确的值是g,还需要测量的物理量是: . 试用这些物理量和上图纸带上的数据符号表示出重 物在下落的过程中受到的平均阻力大小为F= .;思路点拨 (1)可对照实验注意事项和围绕减小误差 考虑