歡迎進(jìn)入物理課堂 第九節(jié)實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 掌握利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 2 知道實(shí)驗(yàn)的原理 方法和過程 3 會(huì)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 并能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論及誤差分析 重點(diǎn)難點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)條件的控制及數(shù)據(jù)處理 一 實(shí)驗(yàn)原理1 機(jī)械能守恒定律 1 當(dāng)只有重力做功時(shí) 物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 但機(jī)械能的總量保持不變 2 做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體 只受重力作用 其機(jī)械能是守恒的 2 實(shí)驗(yàn)原理圖7 9 1 三 探究步驟1 安裝置 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上 用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與低壓交流電源相連接 2 接電源 打紙帶 把紙帶的一端在重物上用夾子固定好 另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔 用手提著紙帶使重物停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近 接通電源 待打點(diǎn)穩(wěn)定后松開紙帶 讓重物自由下落 重復(fù)幾次 打下3 5條紙帶 2012 金陵中學(xué)高一檢測(cè) 某同學(xué)做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí) 不慎將一條挑選出的紙帶一部分損壞 損壞的是前端部分 剩下的一段紙帶上各相鄰點(diǎn)間的距離已測(cè)出標(biāo)在圖7 9 3中 單位是cm 已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz 重力加速度g取9 8m s2 圖7 9 3 1 重物在2點(diǎn)的速度v2 在5點(diǎn)的速度v5 此過程中動(dòng)能增加量 Ek 重力勢(shì)能減少量 Ep 2 比較得 Ek Ep 填 大于 等于 或 小于 原因是 由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論 3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)判斷下列圖象正確的是 其中 Ek表示物體動(dòng)能的變化 h表示物體下落的高度 圖7 9 4 思路點(diǎn)撥 求某一點(diǎn)的速度時(shí)應(yīng)根據(jù)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該過程的平均速度 因?yàn)榇嬖诳諝庾枇图垘c打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦阻力 物體在下落過程中減少的重力勢(shì)能并不等于增加的動(dòng)能 2 顯然 Ek Ep 原因是實(shí)驗(yàn)中重錘要克服阻力做功 由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論為 在誤差允許的范圍內(nèi) 機(jī)械能守恒 3 物體機(jī)械能守恒 應(yīng)有物體減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為增加的動(dòng)能 即 Ek mg h 可見物體增加的動(dòng)能與下落的距離成正比 選項(xiàng)C正確 答案 1 1 50m s2 075m s1 03mJ1 06mJ 2 小于實(shí)驗(yàn)中重錘要克服阻力做功在誤差允許的范圍內(nèi) 機(jī)械能守恒 3 C 1 誤差分析 1 偶然誤差 測(cè)量相關(guān)長(zhǎng)度時(shí)帶來的 減小的方法是多測(cè)幾次取平均值 2 系統(tǒng)誤差 實(shí)驗(yàn)過程中要克服阻力 主要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力 做功 故動(dòng)能的增加量 Ek必定稍小于勢(shì)能的減少量 Ep 再者 交流電的頻 率f不是50Hz也會(huì)帶來系統(tǒng)誤差 若f 50Hz 由于速度值仍按頻率為50Hz計(jì)算 頻率的計(jì)算值比實(shí)際值偏小 周期值偏大 算得的速度值偏小 動(dòng)能值也就偏小 使Ek Ep的誤差進(jìn)一步加大 根據(jù)同樣的道理 若f 50Hz 則可能出現(xiàn)Ek Ep的結(jié)果 2 注意事項(xiàng) 1 安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí) 必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直 以減小摩擦阻力 2 應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物 增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小 增大密度可以減小體積 可使空氣阻力減小 在用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中 1 從下列器材中選出實(shí)驗(yàn)所必需的 其編號(hào)為 A 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 包括紙帶 B 重錘C 天平D 毫米刻度尺E 秒表F 運(yùn)動(dòng)小車 2 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝放置要求為 開始打點(diǎn)計(jì)時(shí)的時(shí)候 應(yīng)先 然后 3 計(jì)數(shù)時(shí)對(duì)所選用的紙帶要求是 4 實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因是 使重錘獲得的動(dòng)能往往 為減小誤差 懸掛在紙帶下的重錘應(yīng)選擇 精講精析 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知選用的器材為A B D 2 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝放置要求底板要豎直 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器靠近底板安裝并固定 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源 再釋放紙帶 3 計(jì)數(shù)時(shí)對(duì)所選用的紙帶要求是點(diǎn)跡清晰 最初兩點(diǎn)間距離接近2mm 4 實(shí)驗(yàn)中紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力是產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因 由于阻力的作用使重錘獲得的動(dòng)能往往小于它所減少的重力勢(shì)能 為減小誤差 懸掛在紙帶下的重錘應(yīng)選擇質(zhì)量大 密度大的 答案 1 ABD 2 底板要豎直 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器靠近底板安裝并固定接通電源釋放紙帶 3 點(diǎn)跡清晰 最初兩點(diǎn)間距離接近2mm 4 紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力小于它所減少的重力勢(shì)能質(zhì)量大 密度大的重錘 利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖7 9 5所示 圖7 9 5 1 實(shí)驗(yàn)步驟 將氣墊導(dǎo)軌放在水平面上 桌面高度不低于1m 將導(dǎo)軌調(diào)至水平 用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光條的寬度為l 9 30mm 由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離s cm 將滑塊移至光電門1左側(cè)某處 待砝碼靜止不動(dòng)時(shí) 釋放滑塊 要求砝碼落地前擋光條已能過光電門2 從數(shù)字計(jì)時(shí)器 圖中未畫出 上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時(shí)間 t1和 t2 用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M 再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m 2 用表示直接測(cè)量量的字母寫出下列所示物理量的表達(dá)式 滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1 和v2 當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時(shí) 系統(tǒng) 包括滑塊 擋光條 托盤和砝碼 的總動(dòng)能分別為Ek1 和Ek2 在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過程中 系統(tǒng)勢(shì)能的減少量 Ep 重力加速度為g 3 如果 Ep 則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全