1、第七章 机械能守恒定律第 9 节 实验：验证机械能守恒定律栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律一、实验目的利用自由落体运动验证机械能守恒定律二、实验原理1如图甲所示，借助打点计时器打出的纸带，测出物体自由下落的高度 h 和该时刻的速度 v，以纸带上的第 n 个点为例，如图乙中的纸带，打第 n 个计数点时的瞬时速度等于以该时刻为中间栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律时刻的某一段时间内的平均速度即 vnxnxn12Thn1hn12T栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律2物
2、体下落的高度为 h 时速度为 v，则物体的重力势能减小量为mgh，动能增加量为12mv2，如果 mgh12mv2，即 gh12v2，就验证了机械能守恒定律三、实验器材铁架台(带铁夹)，打点计时器，重物(带纸带夹子)，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，学生电源栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律四、实验步骤1安装置：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与低压交流电源相连接2接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落重复几次，
3、打下 35 条纸带栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律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、34测距离：用刻度尺测出 O 点到点 1、2、3的距离，即为对应下落的高度 h1、h2、h3栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律五、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
4、距离 h1、h2、h3再根据公式 vnhn1hn12T，计算出 1、2、3、4、n 点的瞬时速度 v1、v2、v3、v4、vn栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律2机械能守恒的验证法一：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12mv2n，计算 ghn 和12v2n，如果在实验误差允许的范围内 ghn12v2n，则机械能守恒定律得到验证栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律法二：任取两点 A、B从 A 点到 B 点，重力势能减少量为 mghAmghB，动能增加量为
5、12mv2B12mv2A，计算 ghAB 和12v2B12v2A，如果在实验误差允许的范围内 ghAB12v2B12v2A，则机械能守恒定律得到验证栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律法三：图象法计算各计数点12v2，以12v2 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12v2h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栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律六、误差分析1偶然误差：测量相关长度时带来的，减小的方法是多测几次取平均值2系统误差：实验过
6、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 Ek 必定稍小于势能的减少量 Ep再者，交流电的频率 f 不是 50 Hz 也会带来系统误差若 f50 Hz，由于速度值仍按频率为 50 Hz 计算，频率的计算值比实际值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，使 EkEp的误差进一步加大；根据同样的道理，若 f50 Hz，则可能出现EkEp 的结果栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律七、注意事项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
7、可以减小体积，可使空气阻力减小栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律3实验时，应先接通电源，让打点计时器工作正常后再松开纸带让重物下落4本实验中的三种验证方法中，均不需要测重物的质量 m5速度不能用 vgt 或 v 2gh计算，而应用 vnhn1hn12T进行测量并计算栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律 对实验原理和操作的考查 在验证机械能守恒定律的实验中有位同学按以下步骤进行实验操作：A用天平称出重锤和夹子的质量；B固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器；栏目导引基础
8、储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律C松开纸带，接通电源，开始打点并如此重复多次，以得到多条打点纸带；D取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点 O，在距离 O点较近处选择几个连续的计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值；E测出各计数点到 O 点的距离，即得到重锤的下落高度；F计算出 mghn 和12mv2n，看两者是否相等栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律在以上步骤中，不必要的步骤是_；有错误或不妥的步骤是_(填写代表字母)更正情况是：_；_；_；_思路点拨 弄清本实验的原理和操作过程中的注意事项是正确分析求解问题的
9、关键栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律解析 A 步骤不必要，不称量重锤的质量也可验证机械能守恒定律；B 步骤中应让重锤尽量靠近打点计时器，而不是手靠近；C 步骤中应先接通电源，后释放纸带；D 步骤中应选取离 O 点较远的点，这样测量时距离较远，测量的相对误差较小；F 步骤中应计算 ghn 和12v2n的值，若 m 没有测量，则 mghn、12mv2n就不能计算出具体的值栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律答案 A BCDF B 中手应抓住纸带末端，让重锤尽量靠近打点计时器 C 中应先接通电源，再松开纸带 D
10、中应选取离 O 点较远的点 F 中应计算 ghn 和12v2n的值栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律在验证机械能守恒定律的实验中，对步骤的要求主要注意以下几点：(1)安装打点计时器时要竖直且固定好，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减小摩擦阻力(2)重物应选用质量和密度较大、体积较小的物体，以减小空气阻力的影响(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律 对数据处理和误差分析的考查 用如图甲所示实验装置验证 m1、m2 组成的系统机械能守恒m2 从高处由静
11、止开始下落，m1 上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0 是打下的第一个点，每相邻两个计数点间还有 4 个点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示已知 m150 g、m2150 g，则(g 取 10 m/s2，结果保留两位有效数字)栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律(1)在纸带上打下计数点 5 时的速度 v5_m/s；栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律(2)在打点 05 过程中系统动能的增加量 Ek_J，系统势能的减少量 Ep_J，由
12、此得出的结论是_；(3)若某同学作出的12v2h 图象如图丙所示，则当地的实际重力加速度 g_m/s2栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律解析(1)v5（21.6026.40）10220.1m/s2.4 m/s.(2)动能的增加量 Ek12(m1m2)v250.58 J；系统势能的减少量 Ep(m2m1)gh0.60 J，故在误差允许的范围内，两者相等，m1、m2 组成的系统机械能守恒(3)由12(m1m2)v2(m2m1)gh，得 v22hk（m2m1）gm1m2g2，即g25.821.20 m/s24.85 m/s2，g9.7 m/s2.答案(1)
13、2.4(2)0.58 0.60 在误差允许的范围内，m1、m2 组成的系统机械能守恒(3)9.7栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律利用自由落体运动验证机械能守恒定律时，处理实验数据通常采用的是验证法，计算12v2、gh，如果在实验误差允许的范围内有12v2gh，则机械能守恒，或计算12v2B12v2A，g h，如果在实验误差允许的范围内有12v2B12v2Ag h，则机械能守恒也可以采用图象法，以12v2 为纵轴，以 h 为横轴，建立平面直角坐标系，将实验得到的数据在坐标系中描点，然后连接各点，若得到一条过原点的倾斜直线，其斜率为 g，则机械能守恒栏
14、目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律 实验改进与创新(2019丽水联考)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栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律(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出挡光条的宽度 l930 mm由导轨标尺读出两光电门中心间的距离 s_cm将滑块移至光电门 1 左侧某处，待砝码静止时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门 2栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律从数字计时器(图中未
15、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 t1 和 t2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v1_和 v2_栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律当滑块通过光电门 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 Ek1_和 Ek2_在滑块从光电门 1 运动到光电门 2 的过程中，系统重力势能的减少量 Ep_(重力加速度为 g)(3)如果 Ep_，则可认为验证了机械能守恒定律栏目导引基础储
16、备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律解析(1)距离 s80.30 cm20.30 cm60.00 cm.(2)由于挡光条宽度很小，因此可以将挡光条通过光电门时的平均速度当成瞬时速度，挡光条的宽度 l 可用游标卡尺测量，挡光时间 t 可从数字计时器上读出因此，滑块通过光电门 1 和光电门 2 时的瞬时速度分别为 v1 l t1，v2 l t2.栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律当滑块通过光电门 1 和光电门 2 时，系统的总动能分别为Ek112(Mm)v2112(Mm)l t12；Ek212(Mm)v2212(Mm)l t2
17、2.在滑块从光电门 1 运动到光电门 2 的过程中，系统重力势能的减少量 Epmgs.(3)如果在误差允许的范围内 EpEk2Ek1，则可认为验证了机械能守恒定律栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律答案(1)60.00(答案在 59.9660.04 之间的，也正确)(2)l t1 l t2 12(Mm)l t1212(Mm)l t22 mgs(3)Ek2Ek1栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律本实验是验证多物体系统的机械能守恒，采用了气垫导轨，减小了摩擦阻力，提高了实验精度栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律栏目导引基础储备明确原理热点实验典例解读随堂检测巩固落实第七章 机械能守恒定律本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放