资源简介

(共21张PPT)
《高中物理实验》
验证机械能守恒定律
目录
01
02
03
04
实验仪器及步骤
数据分析及处理
误差分析及讨论
实验目的及原理
05
实验的典型例题
目录
CONTENTS
PART 01
实验目的及原理
实验目的
理解验证定律的思路，明确需要测量的物理量。
知道应选择质量大一些的重锤，使空气阻力的影响小一些。
知道初速度为零的纸带第1、2两点的间距约为2mm。
会根据纸带测定下落的距离，掌握测量瞬时速度的方法。
能对实验误差的产生原因作定性分析，并采取措施减小误差。
实验原理
物体在自由下落过程中，只有重力做功，重力势能与动能之间发生了转化。若任意两个时刻的动能与重力势能的总和相等，即Ek1+Ep1=Ek2+Ep2,则验证了物体在自由下落过程中机械能守恒。
PART 02
实验仪器及步骤
实验仪器
火花计时器及电源、铁架台、重物、夹子、纸带3条、毫米刻度尺、天平等
实验步骤
1.用天平测出重物的质量m。
2.按照图示把铁架台放在实验桌边上，打点计时
器固定在铁架台上，调整打点计时器平面竖直，
两纸带限位孔在同一竖直线上。
3.将纸带的一端固定在重物上，另一端穿过打点
计时器的限位孔。
4.手提纸带上端，使纸带保持竖直，重物静止靠
在打点计时器处。
5.先通电，再释放纸带。
6.更换纸带，重复上述实验。
7.挑选一条点迹清晰的纸带，进行数据处理。
实验步骤
8.实验数据处理方法一：
选择两个距离接近2mm的点，将第一点取为0，在纸带后端点迹清晰处开始选择连续的7个计时点，依次标记计数点1、2、3、4、5、6、7.测量起始点到各计数点的距离，设计表格填入数据。
取0点为零势能点，计算各点瞬时速度及动能EK，各点离0点距离及重力势能EP，判断在误差允许范围内，各点重力势能EP与动能的绝对值EK是否相等（减小的重力势能是否等于增加的动能）(动能与势能之和是否为0)。
实验步骤
8.实验数据处理方法二：
在纸带的后端选择连续的7个打印点作为计数点，并依次标上计数点1、2、3、4、5、6、7。
取7点位置的重力势能的参考平面，测量各点到7点的距离，这些距离分别表示打其他点时相对于打点7时重物的高度，计算各点重力势能EP；计算各点瞬时速度及动能EK。比较打各点时机械能的总量（EP+EK）,判断在误差允许范围内机械能的总量是否相等。
注意事项
打点计时器要竖直：安装打点计时器时要架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减少。
重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。
应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落。
算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用 ，不能用 或 来计算。
PART 03
数据分析及处理
数据处理及分析
【数据记录方法一】重物质量_______；重力加速度________；
测量点 0 1 2 3 4 5 6 7
高度hn/m 0
速度vn/(m·s-1) 0 -----
重力势能Ep/J 0
动能Ek/J 0 -----
机械能总量E/J 0 -----
【数据记录】
纸带黏贴处
以起始点的位置为计算重力势能的参考面
数据处理及分析
【数据记录方法二】重物质量_______；重力加速度________；
测量点 1 2 3 4 5 6 7
高度hn/m 0
速度vn/(m·s-1) ------ ------
重力势能Ep/J 0
动能Ek/J ------ ------
机械能总量E/J ------ ------
【数据记录】
纸带黏贴处
以打点7时的位置为计算重力势能的参考面
数据处理及分析
【实验结论】在误差允许范围内，因为_____________________所以____________________________________________________
PART 04
误差分析及讨论
问题讨论及误差分析
误差分析：本实验中产生的误差的主要因素有哪些？
①多次实验结果表明，重力势能的减小略大于动能的增加。这是因为在物体竖直下落时，空气及纸带与打点计时器摩擦阻力不可避免，这些都要损失一部分机械能，因此物体重力势能的减小略大于动能的增加；
②在测量距离时会有误差存在。
问题1：在纸带上确定计数点时，右同学将起始点选为第一个计数点。有何利弊？
若起始点初速度为0，可使初态动能的计算简化。
但实验中，由于某些因素的影响（譬如释放重物的时刻与打点计时器在纸带上打点的时刻不同步、释放纸带前纸带的手上下抖动等），会导致起始点的初速度不一定为0
问题讨论及误差分析
问题2：本实验一定需要测量重物质量吗？
按现行教材的要求,确实要用天平测出重物的质量,这样可以计算出重物动能变化与势能变化的具体数值。
在验证等式 ，即 是否成立时，由于等式两边都是质量的倍数，因此质量不是必须测量的物理量。
PART 05
实验的典型例题
【例题1】如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律．该装置中的打点计时器所接交流电源频率是50Hz.
(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误
差有利的有________.
A.精确测量出重物的质量
B.两限位孔在同一竖直线上
C.重物选用质量和密度较大的金属锤
D.释放重物前，重物离打点计时器远些
实验的典型例题
BC
【例题2】如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律．该装置中的打点计时器所接交流电源频率是50Hz.
(2)质量为1kg的重物由静止开始自由下落，
在纸带上打出一系列的点，其中O为第一个
点，A、B、C为从合适位置开始选取的连续
三个点，如图所示．相邻计数点间隔的时间为0.02s，测量点间距所用单位为cm，取重力加速度g=9.8m/s2.(计算结果均保留3位有效数字)打点计时器打下计数点B时，重物的速度是________m/s；
从起点O到打下计数点B的过程中，重物重力势能的减少量
ΔEp=________J，动能的增加量ΔEk=________J；
通过计算可知，在数值上ΔEp>ΔEk.这是因为重物自由下落过程______________________________________________.
实验的典型例题
1.91
1.88
1.82
重物受到空气阻力，纸带与限位孔之间存在摩擦

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