物理高中粤教版必修2《验证机械能守恒定律》课件2

课件22张PPT。5.用落体法
验证机械能守恒定律
第四章 机械能和能源 【实验目的】【实验原理】【实验器材】【实验内容】【注意事项】【实验练习】【误差分析】验证机械能守恒定律。 【实验目的】 如果忽略空气的阻力，这时物体的机械能守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，下落距离为h时物体的瞬时速度为V，则势能减少mgh，动能增加，故有 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可以相互转化，但总的机械能守恒。【实验原理】mgh＝ 利用打点计时器打出的纸带，测出重物下落的高度h，利用时间t内的平均速度等于该段时间中点时刻的瞬时速度，算出对应时刻的瞬时速度V，即可验证机械能是否守恒。 铁架台（带铁夹）、电火花计时器或打点计时器、直尺（刻度尺）、重锤、纸带、复写纸片、导线、电源。 【实验器材】【实验内容】1、步骤
(1)把打点计时器竖直地固定在置于桌边的铁架台上，将打点计时器与电源连接好。
(2)将纸带穿过电火花记时器或打点计时器的限位孔，并把纸带的一端固定在重物上，使重物停靠在打点计时器的地方，先用手提着纸带。
(3)先接通电源，松开纸带，让重物带着纸带自由下落，计时器就在纸带上打下一列小点。 (4)重复几次，得到3～5条纸带。
(5)在打好点的纸带中挑选“点迹清楚且第一、二两点间距离约为2mm”的一条纸带，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个连续的点1、2、3……，并用刻度尺依次测出各点到位置O的距离，这些距离就是物体运动到点1、2、3、……时下落的高度h1、h2、h3……。
(6)应用平均速度就是中间时刻的瞬时速度的方法 ，计算出各点对应的瞬时速度V1、V2、V3……。
(7)把得到的数据真入表格里，计算各点对应的势能减少量mgh，以及增加的动能mV2/2，并比较是否跟理论一致。计算时g取当地的数值。演示3、结论：(1)安装计时器时竖直架稳，计时器的两限位孔必须在同一竖直线上，以减少重物带动纸带下落过程受到的阻力。
(2)实验时必须先接通电源，然后松开纸带让重物下落。
(3)测量下落高度时，必须从起始点算起。选取的各计数点要离起始点远些，可减少物体下落距离h的测量误差。纸带不宜过长，约40㎝即可。因重物自由下落时的加速度较大，每两个计数点间的时间间隔不一定取连打5个点的时间为计时单位。【注意事项】(4)实验中因不需要知道动能和势能的具体数值，故不需测物体的质量m。
(5)实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，所以动能的增加量小于势能的减少量。
(6)纸带的上端最好不要悬空提着，要保证重物下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的小点。
(7)纸带挑选的标准是第一、二两点间的距离接近2mm。(1)由于测量长度带来的误差属偶然误差，减小的办法一是测距离时都从起点O量起，二是多测几次取平均值。
(2)实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量ΔEK必定稍小于势能的减少量ΔEP，这是属于系统误差。【误差分析】实验数据的处理(2)若实验中所用重锤的质量m＝1 kg，打点纸带如图4－5－5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
_____________________________.
图4－5－5【答案】　(1)打第一个点时重物的初速度为零　2 mm　(2)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　(3)C【实验练习】1、 在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面叙述正确的是 [ ]
A．应用天平称出重物的质量 。
B．应当选用点迹清晰，第一、二两点距离约2mm的纸带进行测量。
C．操作时应先放纸带，后接通电源 。
D．打点计时器应接在电压为4～6V的直流电源上 。答案：B2、在验证重锤自由下落过程中机械能守恒的实验中，下列说法正确的是 [ ]
A．实验时，应先接通打点计时器，等打点稳定后再释放纸带
B．必须用天平称量所用重锤的质量
C．为了方便，应在打下的纸带上每5个点取一个计数点进行测量和计算
D．本实验的系统误差，总是使重力势能的减少量大于动能的增加量 答案：AD3、在“验证机械能守恒定律”的实验中：
需直接测量的物理量是
____________________ ；
间接测量的物理量是
____________________。参考答案：重锤下落的高度h
重锤运动的速度V4、在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证重锤下落时重力势能的减少等于它动能的增加，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有( )
A．用天平称出重锤的质量
B．把电火花计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来
C．把纸带的一端固定到重锤上，另一端穿过电火花计时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度
D．接通电源，释放纸带
E．用秒表测出重锤下落的时间答案： ABE5、在《验证机械能守恒定律》的实验中，打点计时器所接交流电频率为50Hz，当地重力加速度g＝9.80m/s2。实验选用重锤质量为m(kg)，从所打纸带中选择一条合适的纸带，此纸带第1、2点间的距离应接近 。纸带上连续的点A、B、C、D至第1点O的距离如图所示，则重锤从O运动到C，重力势能减少_________J，重锤经过C时的速度为 m/s，其动能增加 J。
参考答案：2mm 5.50m 3.30 5.45m