1、第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 实验六 验证机械能守恒定律 第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 过程分析导引 实验典例精析 知能优化演练 实验六 验证机械能守恒定律 知识要点归纳 第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回知识要点归纳 实验目的利用自由落体运动验证只有重力作用下的物体机械能守恒实验原理1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，但总的机械能保持不变若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的
2、增加量为 mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律12第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回2计算打第 n 个点速度的方法：测出第 n个点与相邻前后点间的距离 xn 和 xn1，由公式 vnxnxn12T或vnhn1hn12T算出，如图 561 所示图561 第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回实验器材铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹)第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析
3、导引 返回过程分析导引 一、实验步骤1安装置：按图562将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路图562 第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回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次5次实验第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回3选纸带：分两种情况说明(1)用12mv2nmghn 验证时，应选点迹清晰，且1、2 两点间距离小于或接近 2 mm 的纸
4、带若1、2 两点间的距离大于 2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的这样，第 1 个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回(2)用12mv2B12mv2Amgh 验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第 1、2 两点间的距离是否为 2 mm 就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回二、数据处理1求瞬时速度在第一个打点上标出 O，并从稍靠后的某一点开始，依次标出 1、2、
5、3、4、并量出各点到位置 O 的距离 h1、h2、h3、h4、.用公式 vnhn1hn12T计算出各点对应的瞬时速度 v1、v2、v3、v4、.第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回2验证守恒法一：利用起始点和第 n 点计算代入 ghn和12v2n，如果在实验误差允许的范围内，ghn12v2n，则说明机械能守恒定律是正确的法二：任取两点计算(1)任取两点 A、B 测出 hAB，算出 ghAB.(2)算出12v2B12v2A的值第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回(3)如果在实验误差允许的范围内，g
6、hAB12v2B12v2A，则说明机械能守恒定律是正确的法三：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度 h，并计算各点速度的平方 v2，然后以12v2 为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据绘出12v2h 图线若在误差允许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第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回三、误差分析1本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量Ek稍小于重力势能的减少量Ep，即EkEp，这属于系统误差改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻
7、力2本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差减小误差的办法是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回四、注意事项1应尽可能控制实验条件，即应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，可使空气阻力减小第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回
8、2实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直接通电源后，打点计时器工作稳定后再松开纸带3验证机械能守恒时，可以不测出物体质量，只要比较12v2n和 ghn 是否相等即可验证机械能是否守恒4测量下落高度时，为了减小测量值 h 的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在 60 cm80 cm 之间第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回5速度不能用 vngtn 或 vn 2ghn计算，因为只要认为加速度为 g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用 vngtn 计算出的速度比实际值大，会得出
9、机械能增加的错误结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算同样的道理，重物下落的高度 h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用 hn12gt2n或 hnv2n2g计算得到第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回五、实验改进物体下落过程中通过某一位置的速度可以用光电计时器测出来，利用这种装置验证机械能守恒定律，能消除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系统误差；也可以把电磁打点计时器更换成电火花式计时器，以消除计时器的振针在打点时对纸带产生的阻力；还可以把整个装置放在一个真空的环境中，以消除由于空气阻力作用而带来的误差第5章 机械
10、能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回实验典例精析 数据处理及误差分析 例1(2011年如皋统考)在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量m1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点如图563所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点(速度恰好为零)，每两个计数点之间还有四个点未画出，选连续的3个计数点A、B、C作为测量的点，如图所示，经测量知道A、B、C各点到O点的距离分别为50.50 cm、86.00cm、130.50 cm.已知打点计时器每隔0.02 s打一次点，当地的重力加速度g9.80 m/s2.第5章 机械能及其守恒
11、定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回根据以上数据，可计算出打B点时的速度vB_m/s；重物由O点运动到B点，重力势能减少了_J，动能增加了_J图563 第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回根据所测量的数据，还可以求出物体实际下落的加速度为_m/s2，物体在从A到B下落的过程中所受到的平均阻力为_N(计算结果都要保留3位有效数字)，该阻力的来源主要有：(1)_；(2)_第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回【解析】由于每两个相邻计数点之间还有 4 个点没有画出，所以每两个
12、相邻计数点之间的时间间隔为 0.1 s，同时可求得：AB 86.00 cm50.50 cm35.50 cm0.3550 mBC 130.50 cm86.00 cm44.50 cm0.4450 m第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得：v 中 v AC2T OC OA2T130.5050.5010220.1m/s4.00 m/s即 vB4.00 m/s由 O 点运动到 B 点下落的距离为：sOB86.00 cm0.86 m重力势能减少了 EpBmgh1.009.800.86 J8.43
13、 J第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回根据求得的 B点速度可得重物由 O点运动到B点 动 能 增 加 了EkOB 12 mv2 121.00(4.00)2 J8.00 J由 xaT2可求得纸带下落的加速度axT2BC ABT20.090.12 m/s29.00 m/s2第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回根据牛顿第二定律得：mgFfma从A到B下落的过程中所受到的平均阻力为Ffmgma1.009.80 N1.009.00 N0.800 N分析纸带受到的力有：重力、重物受到的空气阻力、纸带与限位
14、孔之间的摩擦力等力的作用，所以阻力的来源是以上除重力之外的力【答案】4.00 8.43 8.00 9.00 0.800 重物受到的空气阻力 纸带与限位孔之间的摩擦力第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回(2010年高考海南卷)利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图564甲所示：实验创新 例2图564 第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回(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量挡光条的宽度l，结果如图乙所示，由此读出l_mm.由导轨标尺
15、读出两光电门中心之间的距离s_cm.将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2.从数字计时器(图甲中未画出)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.第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回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所求物理量的表达式：滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1_和v2_.第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回当滑块通过光电门1和光电门2时，系统
16、(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，系统势能的减少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第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回【解析】(1)按照读数规则可读得，游标卡尺读数为l9.30 mm；两光电门中心之间距离为 s60.00 cm.(2)通过光电门的时间较短，可认为通过光电门时速度恒定，则 v1 Lt1、v2 Lt2.滑块通过光电门 1、2 时的动能分别为 Ek112(Mm)v2112(Mm)(Lt1)2 Ek212(Mm)v2212(Mm)
17、(Lt2)2 系统势能的减少即为托盘和砝码重力势能的减少，Epmgs.第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回(3)系统动能的增加量等于系统势能减少量时，即EpEk2Ek1时，可认为验证了机械能守恒定律【答案】(1)9.30 60.00(59.9660.04 之间都算对)(2)Lt1 Lt212(Mm)(Lt1)2 12(Mm)(Lt2)2mgs(3)Ek2Ek1第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 返回知能优化演练 第5章 机械能及其守恒定律知识要点归纳 实验典例精析 知能优化演练 过程分析导引 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录按ESC键退出全屏播放谢谢使用
