高中物理第四章机械能和能源5验证机械能守恒定律课件粤教版必修2-27张

(共27张PPT)
第五节　
验证机械能守恒定律
【实验过程】
一、实验步骤
1.安装置:按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。
2.打纸带: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。更换纸带重复做3～5次实验。
3.选纸带:选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为
2
mm的纸带,把纸带上打出的两点间的距离为2
mm的第一个点作为起始点,记作O,在距离O点较远处再依次选出计数点1、2、3…
4.测距离:用刻度尺测出O点到1、2、3…的距离,即为对应下落的高度h1、h2、h3…
二、数据处理
1.计算各点对应的瞬时速度:记下第1个点的位置O,在
纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、
3…并测量出各计数点到O
点的距离h1、h2、h3…再根
据公式vn=
,计算出1、2、3、4、…n
点的瞬
时速度v1、v2、v3、v4…vn。
2.机械能守恒验证:
方法一:利用起始点和第n点。
从起始点到第n个计数点,重力势能减少量为mghn,动能
增加量为
,计算ghn和
,如果在实验误差允
许的范围内ghn=
,则机械能守恒定律得到验证。
方法二:任取两点A、B。
从A点到B点,重力势能减少量为mghA-mghB,动能增加量
为
,计算ghAB和
,如果在实验
误差允许的范围内ghAB=
,则机械能守恒定
律得到验证。
方法三:图象法。
计算各计数点
v2,以
v2为纵轴,以各计数点到第一
个点的距离h为横轴,根据实验数据绘出
v2-h图线。
若在误差许可的范围内图象是一条过原点且斜率为g的
直线,则验证了机械能守恒定律。
【误差分析】
(1)在进行长度测量时,测量及读数不准造成误差。
(2)重物下落要克服阻力做功,部分机械能转化成内能,下落高度越大,机械能损失越多,所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。
(3)由于交流电的周期不稳定,造成打点时间间隔变化而产生误差。
【注意事项】
(1)应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件,这就要求尽量减小各种阻力的影响,采取的措施有:
①安装打点计时器时,必须使两个限位孔的中线严格竖直,以减小摩擦阻力。
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,使空气阻力减小。
(2)纸带选取。
①以第一个点为起点时,要验证的是
=mghn,必
须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点,所
以前两个点的间距为h=
gt2=
×10×(0.02)2
m=
2
mm。
②以下落中某点为起点时,要验证的是
=mghmn,这时选择纸带不需要满足两点间距为2
mm。
(3)计算速度时不能用v=gt或v=
,否则就犯了用
机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。
热点一
实验原理的考查
【典例1】为进行“验证机械能守恒定律”的实验,有下列器材可供选择:
A.铁架台　B.打点计时器　C.复写纸　D.纸带
E.低压交流电源　F.天平　G.秒表　H.导线
I.电键　K.米尺
(1)上述器材不必要的是________(只填字母代号),缺少的器材是________。?
(2)实验中下列物理量中需要直接测量的量有________,通过计算可得到的量有________(填字母序号)。?
A.重锤质量
B.重力加速度
C.重锤下落的高度
D.与下落高度相应的重锤的瞬时速度
(3)质量m=1
kg的重锤自由下落,在纸带上打出一系
列的点如图所示,O为第一个点,A、B、C为相邻的点,
相邻计数点的时间间隔为0.02
s,长度单位是cm,g取
9.8
m/s2,求:
a.打点计时器打下计数点B时,物体的速度vB=_____
___m/s(保留两位有效数字)。?
b.从点O到打下计数点B的过程中,物体重力势能的减少量ΔEp=________J,动能的增加量ΔEk=________J(保留两位有效数字)。?
【解析】(1)要验证mgh=
mv2,即gh=
v2,不需测量m,
不需要用天平,
h用刻度尺测量,不需要秒表,另外还缺
少重锤。
(2)能用器材直接测量的量有重锤下落高度h,再经计算
可测量得到对应h的速度大小。
(3)vB=
≈0.97
m/s,ΔEp=mghOB≈0.48
J,
ΔEk=
≈0.47
J。
答案:(1)F、G　重锤　(2)C　D　　(3)a.0.97
b.0.48　0.47
热点二
实验数据的处理
【典例2】用落体法验证机械能守恒定律的实验中:
(1)运用公式
mv2=mgh对实验条件的要求是______
______________,为达到此目的,所选择的纸带第1、
第2两点间的距离应接近________。?
(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_____________________________________。?
(3)根据纸带算出相关各点的速度v,下落距离h,则以
为纵轴,以h为横轴画出的图象应是
(　　)
【解析】(1)重锤从静止开始自由下落时,在0.02
s内
的位移应为h=
gt2=
×9.8×0.022
m≈2
mm。
(2)vB=
m/s=0.58
m/s,此时重锤的
动能为Ek=
=
×1×0.582
J=0.168
J,重锤的
重力势能减少量为ΔEp=mghB=1×9.8×17.6×10-3
J
=0.172
J。因此在误差允许的范围内,重锤的机械能守
恒。
(3)由机械能守恒定律可知,mgh=
mv2,即验证机械能
守恒定律成立,只需验证
v2=gh即可。若以
为纵
坐标,h为横坐标,则图象是过原点且斜率为g的直线,故
选项C正确。
答案:(1)打第一个点时重锤的初速度为零　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