验证机械能守恒定律实验报告
气垫导轨验证机械能守恒定律实验报告
气垫导轨验证机械能守恒定律实验报告一、实验目的本实验的主要目的是验证机械能守恒定律,通过使用气垫导轨验证机械能守恒定律的正确性,并通过实验数据来分析机械能守恒定律在实际物理世界中的应用。
二、实验原理机械能守恒定律是指在一个封闭系统内,当系统内只有重力和弹性势能时,系统内总机械能保持不变。
在此基础上,可以得到以下公式:E = mgh + 1/2mv^2 = 常数其中,E表示系统内总机械能,m表示物体质量,g表示重力加速度,h表示高度,v表示速度。
三、实验器材1. 气垫导轨2. 滑块3. 弹簧4. 质量盘5. 铅直尺6. 计时器7. 电子天平四、实验步骤1. 将滑块放置在气垫导轨上,并将其与弹簧相连。
2. 将质量盘放置在滑块上,并使用电子天平测量其质量。
3. 将滑块拉到一定位置并释放,记录下滑块运动的时间和距离。
4. 重复以上步骤多次,记录每次实验的数据。
五、实验数据处理1. 计算滑块的势能和动能。
势能Ep = mgh动能Ek = 1/2mv^2其中,m为质量,g为重力加速度,h为滑块高度,v为滑块速度。
2. 计算机械能守恒定律中的常数。
由机械能守恒定律可知:E = Ep + Ek将上面计算出来的势能和动能代入公式中,则得到:E = mgh + 1/2mv^2将同一位置上不同时间内测得的滑块质量、高度、速度代入公式中计算出每个时刻的机械能值,并对每个时刻计算出来的机械能值进行求和,即可得到常数。
3. 分析实验数据并验证机械能守恒定律。
将实验数据代入上述公式进行计算,并将结果绘制成图表。
通过对比不同时刻计算出来的机械能值之间的差异以及与常数之间的关系,可以验证机械能守恒定律在实际物理世界中的应用。
六、实验结果分析通过对实验数据的处理和分析,我们可以发现,实验中得到的机械能值与常数之间的差异非常小,这表明机械能守恒定律在实际物理世界中是成立的。
此外,通过绘制出来的图表也可以看出,在滑块运动过程中,势能和动能之间始终保持平衡。
物理必修二实验:验证机械能守恒定律
mgh=
1 2
mv2
【实验原理】
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。
h
只要绘出v2与h的关系图像,当斜率等
于两倍当地重力加速度时,则可验证机械能
V
守恒,不需要测量重锤的质量m
本实验的目标是验 证机械能守恒,即:
v=gt成立的前提条 件是自由落体
自由落体有: v2 2gh
正确方法是通过纸带中平均速度等于中间时刻的瞬时速度计 算各点的瞬时速度,从而计算动能
验证机械能 守恒定律
高中物理必修二
验证机械能守恒定律实验目来自 实验原理 实验器材 实验过程 实验反思
【实验目的】 验证机械能守恒定律。
【实验原理】
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,1mv2 故有
【实验反思】
2. 实验中为什么重力势能的减少总是略大于重锤动能的增加?
答:由于纸带与打点计时器县限位孔间存在摩擦,所以重 锤重力势能的损耗除了转化为动能以外,还由部分因为发 热损耗了,所以重力势能损耗总是大于动能的获得。
【实验反思】
3. 计算纸带上点的速度时,有同学认为“直接利用v=gt计算各点的瞬 时速度,同样能够验证机械能守恒。”该同学的做法是否正确?如 果不正确,请说出正确的处理方法。
【实验器材】
铁架台(带铁夹)、电火花计时器或打点 计时器、直尺、重锤、纸带、复写纸片、导线、 电源。
【实验内容】
【实验反思】
实验:验证机械能守恒定律实验报告
实验:验证机械能守恒定律实验报告实验:验证机械能守恒定律实验报告范文一班级:姓名:座位:[实验目的]1.验证机械能守恒定律。
2.掌握实验数据处理方法,能定性分析误差产生的原因。
[实验原理]当物体自由下落时,只有重力做功,物体的重力势能和动能互相转化,机械能守恒。
若某一时刻物体下落的瞬时速度为v ,下落高度为h ,则应有:21mg m 2h v =。
借助打点计时器,测出重物某时刻的下落高度h 和该时刻的瞬时速度v ,即可验证机械能是否守恒,实验装置如图1所示。
测定第n 点的瞬时速度的方法是: T 2h -h 1-n 1n n +=v[实验器材]铁架台(带铁夹)、打点计时器、纸带、交流电源、导线、带铁夹的重锤、纸带、刻度尺等。
[实验步骤]1.按如图1装置把打点计时器安装在铁架台上,并使两限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力。
用导线把打点计时器与交流电源连接好。
2.把纸带的一端在重锤上用夹子固定好,另一端穿过计时器限位孔,用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。
3.先接通电源,再松开纸带,让重锤带着纸带自由下落。
4.重复几次,得到3~5条打好点的纸带。
5.在打好点的纸带中挑选点迹清晰且第1、2两计时点间的距离接近2mm 的一条纸带,在起始点标上0,再在距离0点较远处开始选取相邻的几个计数点依次标上1、2、3……用刻度尺测出对应下落的高度h 1、h 2、h 3……6.应用公式T2h -h 1-n 1n n +=v 计算各点对应的瞬时速度v 1、v 2、v 3……7.计算各点对应的重力势能减少量mgh n 和动能的增加量221n mv ,进行比较,并讨论如何减小误差。
[注意事项]1.打点计时器的两限位孔必须在同一竖直线上,以减少摩擦阻力。
选用质量和密度较大的重物,以减小空气阻力的影响。
2.实验时,需保持提纸带的手不动,待接通电源,让打点计时器工作正常后再松开纸带让重锤下落,以保证第一个点是一个清晰的小点。
守恒_实验报告
一、实验目的1. 验证机械能守恒定律。
2. 理解动能、势能、重力势能之间的关系。
3. 掌握实验操作步骤和数据处理方法。
二、实验原理机械能守恒定律指出,在只有重力或弹力做功的情况下,系统的机械能(动能与势能之和)保持不变。
本实验通过验证物体在自由下落过程中,重力势能的减少量与动能的增加量相等,来验证机械能守恒定律。
三、实验器材1. 打点计时器2. 纸带3. 复写纸4. 低压电源5. 重物(附纸带夹子)6. 刻度尺7. 铁架台(附夹子)8. 导线四、实验步骤1. 将打点计时器固定在支架上,并用导线将打点计时器接在交流电源上。
2. 将纸带穿过打点计时器,纸带下端用夹子与重物相连,手提纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。
3. 接通电源,松开纸带,让重物自由下落,打点计时器就在纸带上打下一系列小点。
4. 重复实验几次,从几条打上点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm,且点迹清晰的纸带进行测量。
5. 记下第一个点的位置O,在纸带上选取方便的个连续点1、2、3、4、5,用刻度尺测出对应的下落高度h1、h2、h3、h4、h5。
6. 用公式计算各点对应的瞬时速度v1、v2、v3、v4、v5。
7. 计算各点对应的势能减少量和动能增加量,进行比较。
五、数据处理与分析1. 根据测量数据,计算出各点的瞬时速度v1、v2、v3、v4、v5。
2. 根据公式E_p = mgh,计算各点的势能减少量ΔE_p1、ΔE_p2、ΔE_p3、ΔE_p4、ΔE_p5。
3. 根据公式E_k = 1/2mv^2,计算各点的动能增加量ΔE_k1、ΔE_k2、ΔE_k3、ΔE_k4、ΔE_k5。
4. 将ΔE_p1、ΔE_p2、ΔE_p3、ΔE_p4、ΔE_p5与ΔE_k1、ΔE_k2、ΔE_k3、ΔE_k4、ΔE_k5进行比较。
六、实验结果与结论1. 通过实验测量,得到各点的瞬时速度v1、v2、v3、v4、v5。
2. 通过计算,得到各点的势能减少量ΔE_p1、ΔE_p2、ΔE_p3、ΔE_p4、ΔE_p5与动能增加量ΔE_k1、ΔE_k2、ΔE_k3、ΔE_k4、ΔE_k5。
验证机械能守恒定律的实验结论
验证机械能守恒定律的实验结论机械能守恒定律是物理学中一个重要的定律,它表明了在一个孤立系统中,机械能的总量是不变的。
为了验证这一定律,我们进行了以下的实验。
首先,我们选取了一个小球和一个弹簧,将小球放在弹簧上方,然后让小球自由落下并落在弹簧上。
在此过程中,小球的重力势能逐渐转化为了弹簧的弹性势能,最终小球被弹簧弹起,并继续上升一段距离。
我们测量了小球在下落时的速度和上升时的速度,并计算出小球下落时的重力势能和上升时的弹性势能。
通过比较两次实验中机械能的总量,我们发现机械能守恒定律在此实验中得到了验证。
这个实验告诉我们,机械能是一个系统内所有物体的动能和势能的总和。
在一个封闭的系统中,机械能守恒定律始终成立,这意味着在任何一个时刻,系统中的机械能总量都保持不变。
此外,我们还可以从这个实验中得到指导意义。
首先,当我们设计物理实验时,必须要准确地测量每一个物理量,以确定实验的有效性和可靠性。
其次,我们在实验中需要保证系统的孤立性,以避免外界因素对实验的干扰。
最后,在实验设计中,我们需要充分考虑到机械能守恒定律的作用,以确保实验结果的正确性。
综上所述,通过这个实验,我们验证了机械能守恒定律的正确性,并得到了关于物理实验设计和机械能守恒定律的指导意义。
这一定律的应用范围较广,可以帮助我们更好地理解物理现象和设计物理系统。
验证机械能守恒定律(实验报告)
物理实验报告班级学号姓名实验时间实验名称9 实验:验证机械能守恒定律实验原理研究物体的自由落体运动,验证机械能守恒定律:只在重力作用下,物体的重力势能与动能相互转化,但总的机械能守恒。
验证21222121υυmmhmg-=∆是否相等?可以比较两点间的动能变化与势能变化是否相等,或重物在每一个位置的动能与势能之和是否相等?实验器材铁架台、打点计时器、重物、纸带、夹子、刻度尺实验步骤①将打点计时器竖直地架稳在铁架台上;②将纸带一端固定在重物上,另一端穿过计时器;③手提纸带,让重物静止在靠近计时器的地方;④接通电源后放手,让重物自由下落,带动纸带在计时器上打下一系列点;⑤选择比较清晰的点作为第一个记数点O,并从任意点开始依次选取A、B、C、D、E……;⑥量出各点到O点的距离OA、OB、OC……;⑦利用:时间t内的平均速度等于该段时间中点t/2时刻的瞬时速度,求出各点的速度;⑧计算出各段减少的重力势能和各段增加的动能是否相等。
数据处理①取下纸带,标注各个记数点OABCDE,②测量各记数点间的距离(或各点到O点的距离),计算各点的瞬时速度;OA OB OC OD OE OF υBυCυDυE③在实验误差允许的范围内,如果从O点到n点,有gh n=v n2/2成立,则说明机械能守恒;④如果从A点到B点,有gh AB=v B2/2-v A2/2成立,则说明机械能守恒;⑤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v2,⑥然后以v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出v2-h图线.⑦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。
误差分析9 实验验证机械能守恒定律作业与测试1.在用图所示的实验装置来验证机械能守恒定律时,某同学的以下看法中正确的是( )A.必须用秒表测出重物下落的时间B.实验操作时,注意手提着纸带使重物靠近计时器,先接通计时器电源,然后松开纸带C.如果打点计时器不竖直,重物下落时,其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上,就会造成重力势能的变化小于动能的变化D.验证时,可以不测量重物的质量或重力2.某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验,下列操作步骤中错误的是( ) A.把打点计时器固定在铁架台上,用导线连接到低压交流电源B.将连有重锤的纸带穿过限位孔,将纸带和重锤提升到一定高度C.先释放纸带,再接通电源D.更换纸带,重复实验,根据记录处理数据3.在“验证机械能守恒定律”的实验中,下列物理量中需要用工具测量的有( ) A.重锤的质量B.与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度C.重锤下落的高度D.重力加速度4.用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中:(1)若实验中所用重物的质量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,重物速度v B=____ ____,重物动能E k =________,从开始下落起至B 点时重物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 ,量出下落距离h ,则以22v 为纵轴、以h 为横轴画出的图象应是如图中的()THANKS !!!致力为企业和个人提供合同协议,策划案计划书,学习课件等等打造全网一站式需求欢迎您的下载,资料仅供参考。
实验验证机械能守恒定律实验报告
实验验证机械能守恒定律实验报告一、实验目的验证机械能守恒定律,即验证在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重力势能的减少量等于动能的增加量。
二、实验原理在自由落体运动中,物体的重力势能转化为动能。
若忽略空气阻力,物体下落过程中机械能守恒。
设物体的质量为 m,下落高度为 h 时的速度为 v,则重力势能的减少量为 mgh,动能的增加量为 1/2mv²。
若mgh = 1/2mv²,则机械能守恒。
三、实验器材铁架台、打点计时器、纸带、重锤、交流电源、毫米刻度尺等。
四、实验步骤1、安装实验装置将打点计时器固定在铁架台上,用夹子把纸带的一端固定在重锤上,另一端穿过打点计时器的限位孔。
2、接通电源把打点计时器接到交流电源上,电压为 6V 左右。
3、释放重锤用手握住纸带的上端,使重锤靠近打点计时器,然后松开纸带,让重锤自由下落。
4、重复实验重复上述步骤,多做几次实验,以减小实验误差。
5、数据处理(1)挑选出一条点迹清晰、且第一、二两点间距离接近 2mm 的纸带。
(2)在纸带上选取若干个计数点,并测量出相邻计数点之间的距离。
(3)利用匀变速直线运动的推论,计算出各计数点的瞬时速度。
(4)计算出各计数点的重力势能减少量和动能增加量。
五、实验数据记录|计数点|下落高度 h(m)|速度 v(m/s)|重力势能减少量ΔEp (J)|动能增加量ΔEk(J)||||||||1|_____|_____|_____|_____||2|_____|_____|_____|_____||3|_____|_____|_____|_____||4|_____|_____|_____|_____||5|_____|_____|_____|_____|六、实验数据分析通过计算各计数点的重力势能减少量和动能增加量,比较两者的大小。
如果在误差允许的范围内,重力势能的减少量等于动能的增加量,则验证了机械能守恒定律。
七、实验误差分析1、纸带与打点计时器之间存在摩擦,会导致一部分机械能转化为内能,使得重力势能的减少量略大于动能的增加量。
实验验证机械能守恒定律实验报告
实验验证机械能守恒定律实验报告实验目的:本实验旨在通过验证机械能守恒定律,探究物体在重力场中的机械能守恒规律并验证理论上的机械能守恒定律。
实验原理:机械能守恒定律是指在没有外力做功的封闭系统中,物体的机械能守恒。
机械能由动能和势能两部分组成。
动能是由于物体的运动而具有的能量,势能是由于物体处在一些位置而具有的能量。
实验仪器:1.光滑斜面2.小球3.测量尺4.敏感地磅5.示波器(选用)实验步骤:1.通过测量尺测量斜面的高度H,斜面的夹角θ,记录在表格中;2.利用敏感地磅测量小球下滑过程中的所受重力和地面反作用力,记录数据;3.测量小球的直径d和质量m,计算小球的密度ρ;4.在实验开始前,在地磅上放置小球,记录初始位置;5.将小球从斜面顶端释放,在小球通过地磅的过程中,利用示波器记录小球在任意一个时刻的速度;6.通过记录时刻的位置和速度来计算小球在各个时刻的动能和势能;7.将实验得到的数据记录在表格中;8.根据实验数据,验证机械能守恒定律,并绘制图表。
实验结果与分析:根据实验数据和计算结果,我们可以得到小球在滑动过程中的动能、势能和机械能的变化情况。
以地面为参考点,小球从斜面顶端释放时,动能为0,势能为mgh。
随着小球下滑,重力做功,动能增加而势能减小。
当小球到达最低点时,动能达到最大值,势能达到最小值。
根据机械能守恒定律,机械能在整个系统中应该保持不变。
在实验中,我们可以计算小球在不同位置时的机械能(动能+势能)并进行比较。
根据计算数据,当小球在不同位置时,机械能变化并不显著,表明机械能守恒定律适用于这一系统。
实验结论:通过本实验,我们验证了机械能守恒定律在物体在重力场中的有效性。
实验数据显示,当小球下滑时,机械能变化并不显著,验证了机械能守恒定律的合理性和准确性。
实验中可能存在的误差主要来自以下几个方面:斜面的光滑程度、地磅的灵敏度、小球的滚动阻力以及空气阻力等。
为了减小误差,可以使用更加精准的仪器器材进行实验,并进行多次重复实验取平均值。
8验证机械能守恒定律实验报告.docx
8验证机械能守恒定律实验报告实验报告:验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律,通过实验得出结论。
二、实殴器材L平滑水平面2.木块3.弹簧测力计4.测量尺5.直尺6.秤盘7.弹簧三、实验原理机械能守恒定律是描述物体在重力作用卜的机械能变化过程的基本定律。
根据机械能守恒定律,在不计摩擦的条件下,物体在运动过程中的重力势能和动能之和保持恒定。
四、实验步骤L将平滑水平面放在桌面上,确保其表面光滑水平。
8.将弹簧固定在平滑水平面上,使其一端固定在一个固定点上。
9.在弹簧的另一端固定一个木块,并将弹簧拉伸到适当的长度。
10在木块上放置一个秤盘,将木块推向弹簧的一侧。
11记录卜木块达到最高点的高度,并用测量尺测量出其距离固定点的距离。
12将木块放置在初始位置,然后再次用测量尺测量出木块的初始高度。
13重复步骤4-6三次,记录卜所有的数据。
五、实殴数据记录实验次数,最高点高度(米),初始高度(米)第一次,0.32, 0.48第二次,0.30, 0.48第三次,0.33, 0. 48六、实验结果分析根据机械能守恒定律,物体在运动过程中的重力势能和动能之和保持恒定。
在本实验中,木块在达到最高点时.,动能为零,因此其机械能仅由重力势能构成。
根据机械能守恒定律可得,木块达到最高点时的重力势能等于木块初始位置的重力势能。
即mgh = mgh'其中,m为木块的质量,g为重力加速度,h为木块达到最高点的高度,h'为木块初始位置的高度。
七、计算根据上述公式,我们可以计算出木块初始位置的高度h':h' =h*(m∕m,)其中,m'为木块的质量,m∕m'为木块的重力势能比。
在本实验中,取第一次实验的数据进行计算:m = 0. 5 kgh=0.32mm, = 0. 48 kg因此h, =0. 32*(0. 5/0.48)=0. 333m八、实验结论通过实验数据和计并结果可知,木块达到最高点时的重力势能等于木块初始位置的重力势能。
验证机械能守恒定律实验报告
验证机械能守恒定律[实验目的]验证机械能守恒定律。
[实验原理]当物体自由下落时,只有重力做功,物体的重力势能和动能互相转化,机械能守恒。
若某一时刻物体下落的瞬时速度为v ,下落高度为h ,则应有:21mg m 2h v =。
借助打点计时器,测出重物某时刻的下落高度h 和该时刻的瞬时速度v ,即可验证机械能是否守恒,实验装置如图1所示。
测定第n 点的瞬时速度的方法是: T 2h -h 1-n 1n n ∆=+v[实验器材]铁架台(带铁夹)、打点计时器、学生电源、导线、带铁夹的重锤、纸带、米尺。
[实验步骤]1.按如图装置把打点计时器安装在铁架台上,用导线把打点计时器与学生电源连接好。
2.把纸带的一端在重锤上用夹子固定好,另一端穿过计时器限位孔,用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。
3.接通电源,松开纸带,让重锤自由下落。
4.重复几次,得到3~5条打好点的纸带。
5.在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm ,且点迹清晰的一条纸带,在起始点标上0,以后各依次标上1,2,3……,用刻度尺测出对应下落高度h 1、h 2、h 3……。
6.应用公式T2h -h 1-n 1n n ∆=+v 计算各点对应的即时速度v 1、v 2、v 3……。
7.计算各点对应的势能减少量mgh n 和动能的增加量 mv n 2/2,进行比较。
[注意事项]图1图21、打点计时器的两限位孔必须在同一竖直线上,以减少摩擦阻力。
2、实验时,需保持提纸带的手不动,待接通电源,让打点计时器工作正常后再松开纸带让重锤下落,以保证第一个点是一个清晰的点.3、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间接运2 mm的纸带.4、打点计时器必须接50 Hz交流低压电源.5、测量下落高度时,必须从起始点算起,不能搞错,为了减小测量h值的相对误差,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 cm—80 cm之内.6、实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功,所以动能的增加量要小于势能的减少量。
实验验证机械能守恒定律
②接通电源,释放滑块,分别记录遮光条通过两个光电门的时间,并计算出滑块通过两个光电门的速度;
③保持最下端悬挂4个钩码不变,在滑块上依次增加一个钩码,记录滑块上所载钩码的质量,重复上述步骤;
④完成5次测量后,计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统(包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码)总动能的增加量 及系统总机械能的减少量 ,结果如下表所示:
【答案】(1). (2). (3). (4).()
【解析】(1)[1]四个钩码重力势能 减少量为
(2)[2]对滑块和钩码构成的系统,由能量守恒定律可知
其中系统减少的重力势能为 系统增加的动能为
系统减少的机械能为 ,则代入数据可得表格中减少的机械能为
(3)[3]根据表格数据描点得 的图像为
[4]根据做功关系可知 则 图像的斜率为
(3)选纸带并测量:选择一条点迹清晰的纸带,确定要研究的开始和结束的位置,测量并计算出两位置之间的距离Δh及两位置时纸带的速度,代入表达式进行验证.
3.数据处理
(1)计算各点对应的瞬时速度:如图乙所示,根据公式vn= ,计算出某一点的瞬时速度vn.
(2)验证方法
方法一:利用起始点和第n点.
选择开始的两点间距接近2 mm的一条纸带,打的第一个点为起始点,如果在实验误差允许范围内mghn= mvn2,则机械能守恒定律得到验证.
(1)若小钢球摆动过程中机械能守恒。则图乙中直线斜率的理论值为_______。
(2)由图乙得:直线的斜率为______,小钢球的重力为_______N。(结果均保留2位有效数字)
(3)该实验系统误差的主要来源是______(单选,填正确答案标号)。
验证机械能守恒定律实验报告
验证机械能守恒定律实验报告实验目的:通过验证机械能守恒定律,加深学生对机械能的理解,同时了解机械能在物理世界中的应用。
实验器材:万能表、弹簧、滑轮、导轨、硬面球、直尺、计时器、等。
实验过程:1、在实验中,导轨放置在水平面上,将硬面球从导轨上的一个点施加释放并推动它沿着导轨向下滑动。
2、在导轨的下端,将弹性绳串在滑轮上,另一端的质量用来拉起电子称的砝码。
滑轮与导轨成一定角度,以便将滑轮置于水平面上。
3、在实验中测定球的质量、导轨的高度、绳长和滑轮位置等参数,并保持它们不变。
4、在实验开始时,球被释放以后,开始向下运动,滑轮带动校圆表计时,球到达尽头时,将计时器停止。
5、使用万能表测量弹性绳的线性弹性系数k,并计算出系统的重量m和弹性势能量。
6、对于每个轨道高度和滑轮位置,分别重复实验三次以上,并记录下测量数据,包括球的起始速度和到达滑轮后的速度,以便计算机械能守恒。
7、将每个轨道高度和滑轮位置的结果平均并计算平均值、标准偏差和误差范围,然后与以理论值为基础的数值进行比较和分析。
实验原理:如果在重力势能和动能之间建立连续性,机械能守恒定律可以得到。
运动物体的机械能等于重力势能和动能之和:E = U + K物体的势能可以定义为位置的函数。
在重力作用下,势能可以表示为U = mgh。
动能则可以定义为对象的质量和速度的函数,即K = (mv^2)/2。
在物体被释放时,势能U会变为动能K。
由于机械能在过程中没有损失,因此最终机械能等于起始机械能。
E1 = E2这个原则适用于任何系统,可以在这个实验中验证。
实验结果:重力加速度g的实验值为9.79±0.88 m/s^2,经与理论值9.8m/s^2比较,误差范围在3.6%之内,因而可以认为实验误差较小。
机械能守恒定律在实验中被证实为正确的,证据包括重力势能与动能之间的连续性。
在实验中,实验值最大和最小测量误差(标准偏差)范围分别为5.7%和2.1%。
平均值的实验误差范围为3.1%。
物理机械守恒实验报告
一、实验目的验证机械能守恒定律,即在只有重力做功的情况下,物体的机械能(动能和势能之和)保持不变。
二、实验原理机械能守恒定律指出,在只有重力做功的情况下,一个物体的机械能(动能和势能之和)保持不变。
对于自由落体运动,机械能的守恒可以表示为:\[ E_{\text{初}} = E_{\text{末}} \]其中,\( E_{\text{初}} \) 是物体开始运动时的机械能,\( E_{\text{末}} \) 是物体到达某一高度时的机械能。
对于一个质量为 \( m \) 的物体,其初始高度为 \( h_0 \),初始速度为 \( v_0 \),初始机械能为:\[ E_{\text{初}} = mgh_0 + \frac{1}{2}mv_0^2 \]当物体下落到高度 \( h \) 时,其速度为 \( v \),此时机械能为:\[ E_{\text{末}} = mgh + \frac{1}{2}mv^2 \]如果机械能守恒,那么 \( E_{\text{初}} = E_{\text{末}} \)。
通过实验测量物体的初始和最终高度、速度,可以验证机械能守恒定律。
三、实验器材1. 打点计时器2. 纸带3. 复写纸4. 低压电源5. 重物(附纸带夹子)6. 刻度尺7. 铁架台(附夹子)8. 导线四、实验步骤1. 将打点计时器固定在支架上,并用导线将打点计时器接在交流电源上。
2. 将纸带穿过打点计时器,纸带下端用夹子与重物相连,手提纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。
3. 接通电源,松开纸带,让重物自由下落,打点计时器在纸带上打下一系列小点。
4. 重复实验几次,从几条打上点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm,且点迹清晰的纸带进行测量。
5. 记下第一个点的位置O,在纸带上选取方便的连续点1,2,3,4,5,用刻度尺测出对应的下落高度 \( h_1, h_2, h_3, h_4, h_5 \)。
6. 用公式 \( v_n = \sqrt{\frac{2(h_n - h_{n-1})}{T}} \) 计算各点对应的瞬时速度 \( v_1, v_2, v_3, v_4, v_5 \)。
验证机械能守恒定律
验证机械能守恒定律机械能守恒定律是物理学中的重要定律之一,它描述了一个系统的机械能在没有外力做功的情况下保持不变。
本文将通过实验验证机械能守恒定律,并对实验结果进行分析和解释。
一、实验原理机械能守恒定律可以表示为:系统的机械能E在没有外力做功的情况下保持不变,即E = K + U = 常数,其中K为系统的动能,U为系统的势能。
在这个实验中,我们将通过释放一个物体,观察其下落过程中机械能的变化,以验证机械能守恒定律。
二、实验材料和设备1. 一台平滑的倾斜面2. 一个小球3. 一组高精度的计时器4. 一块量角器5. 一把尺子6. 实验记录表格三、实验步骤1. 将倾斜面调整到一个适当的角度,并固定好。
2. 测量小球的质量m,并将其放置于倾斜面的起始位置。
3. 使用计时器计时,释放小球让其自由下滑,并记录下滑所经过的时间t。
4. 使用尺子测量小球下滑的距离h,并记录该数据。
5. 根据实验记录表格中的公式计算小球的动能K和势能U,并计算总机械能E。
6. 重复以上实验步骤3-5,进行多次观测。
四、实验数据记录与分析根据实验步骤所得到的数据,我们可以利用机械能守恒定律验证实验结果的准确性。
首先,我们将记录下滑距离h和下滑时间t,并根据公式计算小球的动能K和势能U。
通过计算得到的总机械能E是否保持恒定即可验证机械能守恒定律的有效性。
五、实验结果与讨论根据实验数据和分析得出的结论可以展示在这一部分。
通过多次实验,我们可以得到一系列数据,根据这些数据我们可以绘制出机械能随时间的变化图形。
从图形中观察到的规律可以验证机械能守恒定律。
六、实验误差与改进在实验过程中,由于存在外界因素的干扰,实验结果可能存在误差。
这些误差可能来自于计时的误差、物体质量的测量误差以及实验设备的误差等。
在今后的实验中,我们可以通过增加实验次数、选用更精确的计时器等方式来减小误差,提高实验结果的准确性。
七、实验的应用与意义机械能守恒定律是解释和分析物体运动的重要工具,具有广泛的应用价值。
高中物理实验六-验证机械能守恒定律
图1图2实验—— 验证机械能守恒定律一、实验目的通过实验验证机械能守恒定律.二、实验原理如图1所示,质量为m 的物体从O 点自由下落,以地面作为零重力势能面,如果忽略空气阻力,下落过程中任意两点A 和B 的机械能守恒即12m v 2A +mgh A =12m v 2B +mgh B上式亦可写成12m v 2B -12m v 2A =mgh A -mgh B . 等式说明,物体重力势能的减少等于动能的增加.为了方便,可以直接从开始下落的O 点至任意一点(如图1中A 点)来进行研究,这时应有:12m v 2A =mgh ,即为本实验要验证的表达式,式中h 是物体从O 点下落至A 点的高度,v A 是物体在A点的瞬时速度.三、实验器材打点计时器,低压交流电源,带有铁夹的铁架台,纸带,复写纸,带夹子的重物,刻度尺,导线两根.四、实验步骤1.安装置:按图2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:分两种情况说明(1)用12m v 2n =mgh n 验证时,应选点迹清晰,且1、2两点间距离略小于或接近2 mm的纸带.(2)用12m v 2B -12m v 2A =mg Δh 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,只要后面的点迹清晰就可选用.五、数据处理方法一:利用起始点和第n 点计算代入mgh n 和12m v 2n ,如果在实验误差允许的条件下,mgh n 和12m v 2n 相等,则验证了机械能守恒定律.方法二:任取两点计算(1)任取两点A 、B 测出h AB ,算出mgh AB .(2)算出12m v 2B -12m v 2A 的值.(3)在实验误差允许的条件下,若mgh AB =12m v 2B -12m v 2A ,则验证了机械能守恒定律.方法三: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v 2,然后以12v 2为纵轴,以h 为横轴,根据实验数据作出12v 2-h 图线.若在误差允许的范围内图线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.六、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(如空气阻力、打点计时器阻力)做功,故动能的增加量ΔE k 稍小于重力势能的减少量ΔE p ,即ΔE k <ΔE p ,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0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来减小误差.七、注意事项1.打点计时器要稳定的固定在铁架台上,打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向,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.3.实验中,需保持提纸带的手不动,且保证纸带竖直,待接通电源,打点计时器工作稳定后,再松开纸带.4.测下落高度时,要从第一个打点测起,并且各点对应的下落高度要一次测量完.5.速度不能用v n =gt n 或v n =2gh n 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v n =gt n 计算出的速度比实际值大,会得出机械能增加的结论,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h n =12gt 2n 或h n =v 2n 2g 计算得到.记忆口诀自由落体验守恒,阻力减小机械能.仪器固定竖直向,先开电源物后放.开头两点两毫米,从头验证式容易.不管开头看清晰,任取两点就可以.图象验证也很好,关键记住两坐标.例1某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中,提出了如图3所示的甲、乙两种方案:甲方案为用自由落体运动进行实验,乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验.图3(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析,最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案,你认为该小组选择的方案是__________,理由是_______________________________.(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图4所示,相邻两点之间的时间间隔为0.02 s,请根据纸带计算出B点的速度大小为________m/s.(结果保留三位有效数字)图4(3)该小组内同学根据纸带算出了相应点的速度,作出v2-h图线如图5所示,请根据图线计算出当地的重力加速度g=________m/s2.(结果保留两位有效数字)图5例2为了测定木块与木板之间的动摩擦因数,利用现有的器材:木板、木块、弹簧测力计、刻度尺、秒表、砂桶与砂.如图6所示,有人设计了下面三种实验方案:(1)设法使木板静止,增减右面砂桶内的砂,使木块在木板上匀速运动,并测出木块、砂与砂桶的重力;(2)用手拉弹簧测力计保持其静止、水平,然后用力F拉木板向左运动,并读出弹簧测力计的示数,称出木块的重力;(3)把木板倾斜一定角度且固定,让木块从木板顶端由静止释放,使木块加速滑到底端,并测出下滑时间及相应各长度.图61.如果这三个实验的操作正确无误,测动摩擦因数最准确而且最简单的实验方案是______________.2.试从实验原理上对每个方案作出简要分析和评价方案(1):;方案(2):;方案(3):;方法提炼设计性实验题目的解决步骤(1)找原型:把教材中的实验原型或者相关的物理理论知识在头脑中完整、准确地重现出来;(2)找差别:将实验中所给器材与实验原型中器材进行对比,看一下少了什么器材或什么器材的量程不满足要求,再看一个“多”给了什么器材,注意“多给”的器材往往就是解决问题的金钥匙;(3)定原理:实验设计的关键在于实验原理的设计,它是进行实验的依据和起点,它决定了应选用(或还需要)哪些实验器材,应测量哪些物理量,如何编排实验步骤,而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材(条件)和实验要求,它们相辅相成,互为条件;(4)定方案:根据与原型实验对比的结果和确定的实验原理与器材,确定需要测量的物理量,来确定实验方案与步骤.跟踪训练用如图7实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒.m2从高处由静止开始下落,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.如图8给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出),计数点间的距离已在图中标出.已知m1=50 g、m2=150 g,则(g取10 m/s2,结果保留两位有效数字)图8(1)下面列举了该实验的几个操作步骤:A.按照图示的装置安装器件B.将打点计时器接到直流电源上C.先释放m2,再接通电源打出一条纸带D.测量纸带上某些点间的距离E.根据测量的结果,分别计算系统减少的重力势能和增加的动能,其中操作不当的步骤是__________(填选项对应的字母).(2)在纸带上打下计数点5时的速度v=______m/s;(3)在打点0~5过程中系统动能的增量ΔE k=________ J,系统势能的减少量ΔE p______J由此得出的结论是:(4)若某同学作出12v2-h图象如图9所示,写出计算当地重力加速度g的表达式________________,并计算出当地的实际重力加速度g=________m/s2.图91.下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中,正确的是()A.重物质量的称量不准会造成较大误差B.重物质量选用得大些,有利于减小误差C.重物质量选用得小此,有利于减小误差D.若纸带下落较打点早,会造成较大误差2.关于“验证机械能守恒定律”的实验中,以下说法正确的是()A.实验中摩擦是不可避免的,因此纸带越短越好,因为纸带越短,克服摩擦力做的功就越少,误差就越小B.实验时需称出重物的质量C.纸带上第1、2两点间距若不接近2 mm,则无论怎样处理实验数据,实验误差都一定较大D.处理打点的纸带时,可以直接利用打点计时器打出的实际点迹,而不必采用“计数点”的方法图113.用自由落体运动验证机械能守恒定律时,某同学按照正确的操作得到如图10所示的纸带.其中O 点是起始点,A 、B 、C 是打点计时器连续打下的三个点,该同学用毫米刻度尺测量O 点到A 、B 、C 各点的距离,并记录在图中(单位:cm)图10已知打点计时器的电源频率为50 Hz ,重物质量为m ,当地重力加速度g =9.80 m/s 2.(1)图中的数据不符合有效数字读数要求的是__________.(2)该同学用重物在OB 段的运动来验证机械能守恒定律,先计算出该段重物重力势能的减少量为________,接着从打点计时器打下的第一个点O 数起,数到图中B 点是打点计时器打下的第9个点,他用v B =gt 计算和B 点对应的重物的瞬时速度,得到动能的增加量为________(均保留三位有效数字).这样他发现重力势能的减少量________(填“大于”或“小于”)动能的增加量,造成这一错误的原因是______________________ ______ ______________________________________________________________________(3)若某同学所选的纸带中,设打O 点时释放物体,打点计时器打A 点时物体速度大小为v ,该同学在实验报告中称:测得v =2.36 m/s ,h =27.73 cm ,据此可得:12v 2=2.785 m 2/s 2,gh =2.718 m 2/s 2. 在误差范围内两者相等,即机械能守恒定律得证.老师批阅:“数据非实验所得!”其理由是:4.如图11为验证机械能守恒定律的实验装置示意图.现有的器材为:带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带,带铁夹的重锤、天平.回答下列问题:(1)为完成此实验,除了所给的器材外,还需要的器材有________.(填入正确选项前的字母)A .米尺B .秒表C .0~12 V 的直流电源D .0~12 V 的交流电源(2)下面列举了该实验的几个操作步骤:A .按照图示的装置安装器材B .将打点计时器接到电源的“直流输出”上C .用天平测出重锤的质量D .先接通电源,后释放纸带,打出一条纸带E .测量纸带上某些点间的距离F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能其中操作不当的步骤是____________.(3)实验中误差产生的原因有(写出两个原因)(4)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值.根据打出的纸带,选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E,测出各点之间的距离如图12所示.使用交流电的频率为f,则计算重锤下落的加速度的表达式a=______________.(用x1、x2、x3、x4及f表示)图12答案例1(1)见解析(2)1.37(3)9.75解析(1)甲采用图乙实验时,由于小车与斜面间存在摩擦力的作用,且不能忽略,所以小车在下滑的过程中机械能不守恒,故图乙不能用于验证机械能守恒定律例2 1.(2) 2.木块匀速不易调节和判断滑动摩擦力的大小可直接从弹簧测力计读出,与木板运动性质无关时间、长度的测量都会产生误差,且测量过程和步骤较多1.安全:在三个方案中都不存在安全问题;2.可行:根据题目中给出的器材,方案(1)中保证木板静止,用弹簧测力计测量木块、砂桶与砂的重力都能做到,可是要想保证木块在木板上匀速运动就比较困难了.方案(1):不具有可操作性,所以排除方案(1).方案(2):弹簧测力计静止,木块也静止,拉动木板运动时,木块在水平方向上受到弹簧测力计的拉力和木板的滑动摩擦力作用而平衡,所以弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力F f的大小,而且在拉动木板的过程中,不用担心木板是否在做匀速直线运动,只要使木板运动,保证木板与木块之间是滑动摩擦力就可以了.然后测量出木块的重力G,则动摩擦因数μ=F f/G,即方案(2)具有可操作性.方案(3):对沿木板做匀加速直线运动的木块受力分析,根据牛顿第二定律列出方程:mg sin θ-μmg cos θ=ma.再用秒表测出下滑的时间t,用刻度尺测出木块做匀加速直线运动的位移x,则x=12at2.最后用刻度尺测出夹角θ的对边和邻边的长度,求出sin θ和cos θ的大小,把以上各式联立,就可以求出μ的大小.比较方案(2)、方案(3)可知方案(3)中需要测量的物理量多,测量不方便,造成的误差较大,所以应选择方案(2).(1)BC(2)2.4(3)0.580.60在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒(4)g=m1+m2 2h(m2-m1)v29.71.BD 2.D3.(1)15.9 cm(2)1.22 m 1.23 m小于测得的高度比自由落体运动对应下落的实际高度小(3)见解析解析(3)由于阻力的存在,在下落过程中重力势能的减少量不可能小于其动能的增加量.4.(1)AD(2)B(3)见解析(4)(x3+x4-x1-x2)f24解析(3)纸带与打点计时器之间有摩擦;用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差;计算势能变化时,选取初末两点距离过近;交流电频率不稳定(写出任意两个即可).。
验证机械能守恒定律实验报告数据
验证机械能守恒定律实验报告数据实验目的:验证机械能守恒定律实验原理:机械能守恒定律是指在没有外力做功和无能量损失的情况下,一个物体的机械能保持不变。
机械能包括动能和势能两部分,动能是物体由于运动而具有的能量,势能是物体由于位置而具有的能量。
机械能守恒定律的数学表达式为:E1=E2,其中E1是物体在初始状态下的机械能,E2是物体在最终状态下的机械能。
实验材料和装置:1.一根光滑的斜面2.一个小车3.一个万能计时器4.一组标尺5.一组测量重量的天平实验步骤:1.将斜面倾斜固定在实验台上,并调整斜面的角度,使其形成一个合适的斜度。
2.在斜面上放置一个小车,并确保小车能够顺利地滑下斜面。
3.使用万能计时器测量小车从斜面顶端滑到底端的时间t。
4.使用标尺测量小车滑下斜面的高度h。
5.使用天平测量小车的质量m。
实验数据记录:斜面的角度:30°时间t:3.5秒高度h:1.2米质量m:0.5千克实验结果计算:首先计算小车滑下斜面的平均速度v,公式为:v=h/t v=1.2/3.5≈0.343m/s然后计算小车的动能E1,公式为:E1=0.5*m*v^2E1=0.5*0.5*(0.343)^2≈0.058J接下来计算小车在底端的势能E2,公式为:E2=m*g*h 其中g为重力加速度E2=0.5*9.8*1.2≈5.88J最后比较E1和E2的值:E1≈0.058JE2≈5.88J结论:根据实验数据和计算结果可得出结论:小车在滑下斜面的过程中,动能E1和势能E2的数值不相等,因此机械能守恒定律不成立。
这可能是由于实验中存在能量损失,例如摩擦力的作用导致机械能的损失。
验证机械能守恒
验证机械能守恒文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]第9节 实验:验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律. 二、实验原理在只有重力作用的自由落体运动中,物体的重力势能和动能可以互相转化,但总机械能守恒. 方法1:若某一时刻物体下落的瞬时速度为v ,下落高度为h ,则应有mgh =12mv 2,借助打点计时器,测出重物某时刻的下落高度h 和该时刻的瞬时速度v ,即可验证机械能是否守恒.方法2:任意找两点A 、B ,分别测出两点的速度大小v A 、v B 以及两点之间的距离d.若物体的机械能守恒,应有ΔEp =ΔEk.测定第n 点的瞬时速度的方法是:测出第n 点的前、后相邻的两段相等时间T 内下落的距离s n 和s n +1,由公式v n =s n +s n +12T ,或由v n =d n +1-d n -12T算出. 三、实验器材铁架台(带铁夹),打点计时器,重物(带纸带夹子),纸带数条,复写纸片,导线,毫米刻度尺.除了上述器材外,还必须有学生电源(交流4~6 V).四、实验步骤1.按图7-9-1把电火花打点计时器安装在铁架台上,用导线把电火花打点计时器与学生电源连接好.图7-9-12.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,并使两限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力,用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近.3.实验中,需保持提纸带的手不动,待接通电源,打点计时器工作稳定后才松开纸带让重物带着纸带自由下落.4.重复几次,得到3~5条打好点的纸带.5.在打好点的纸带中挑选点迹清晰且第1、2两计时点间距离接近2 mm 的一条纸带,在起始点标上O ,再在相距距离较大处开始,选取相邻的几个计数点依次标上1,2,3……用刻度尺测出对应下落的高度h 1、h 2、h 3……6.应用公式v n =h n +1-h n -12T计算各点对应的即时速度v 1、v 2、v 3…… 7.计算各点对应的势能减少量mgh n 和动能增量12mv 2n,进行比较,并讨论如何减小误差.五、注意事项1.打点计时器安装时,必须使两纸带限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力.2.实验时,需保持提纸带的手不动,待接通电源,让打点计时器工作正常后才松开纸带让重物下落,以保证第一个点是一个清晰的小点.3.选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近2 mm 的纸带.4.测量下落高度时,都必须从起始点算起,不能搞错,为了减小测量值h 时的相对误差,选取的各个计数点要离起始点远一些,纸带也不宜过长,有效长度可在60 cm ~80 cm 以内.5.因不需要知道动能和势能的具体数值,所以不需要测量重物的质量. 六、误差分析 1.偶然误差测量长度时会带来误差,减少误差的办法是: (1)测距离时都应从第一个点O 量起. (2)多测几次取平均值. 2.系统误差实验中重物和纸带在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.七、数据处理的方法1.公式法:本实验中不需要测出物体的质量m ,只需要验证ΔEp =ΔEk ,mgh =12mv 2,即12v 2=gh 即可.2.图象法:我们可以以12v 2为纵轴,以h 为横轴,建立平面直角坐标系,将实验得到的(h ,12v 2)描于坐标平面内,然后来描合这些点,应该得到一条过原点的直线,这是本实验中另一处理数据的方法.1.探究机械能是否守恒时,一般如何选择物体运动过程来验证选用重物自由下落的情景来验证机械能是否守恒,可选择从静止开始到下落高度较大的位置的过程来探究,要验证的表达式为mgh =12mv 2.此时必须选取第一、二两点的距离接近 2 mm 的纸带.因为打点计时器每隔 s 打一次点,在这段时间内纸带下落的距离为h =12gT 2≈0.002 m.也可以选择重物下落过程中的两个状态之间的过程来探究.验证时测定从初状态到末状态动能的增加量12mv 22-12mv 21和重力势能的增加量mg(h 1-h 2),即要验证的表达式为12m(v 22-v 21)=mg(h 1-h 2).如实验中给出的纸带不完整(如开始一段撕去),可用此法.2.要确定物体的动能,需测出物体下落一定高度时的速度.根据已学过的知识,可有三种方法:(1)vn =2ghn (2)vn =gtn (3)vn =dn +1-dn -12T是否以上三种方法都可以确定物体的动能呢第(1)种方法是根据机械能守恒定律mgh =12mv 2得到的,而我们的目的是验证机械能守恒定律,显然这种方法不能用.第(2)种方法认为加速度为g ,由于各种摩擦阻力不可避免,所以实际下落的加速度必将小于g ,而下落高度h 是直接测量的,这样将得到机械能增加的结论,故这种方法也不能用.总之,本实验中速度看似有很多种方法可求得,但正确的只有一种,即从纸带上直接求出物体实际下落的速度,也就是第(3)种方法,而不能用理论计算,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h =12gt 2或h =v 22g计算得到.一、重力势能的减少量和动能的增加量的求解例1 在“验证机械能守恒定律”的实验中,已知打点计时器所用的电源频率为50 Hz ,查得当地的重力加速度g =9.80 m/s 2,测得所用的重物质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带,把第一个点记为O 点,另选连续的4个点A 、B 、C 、D 作为测量的点,经测量知道A 、B 、C 、D 各点到O 点的距离分别是62.99 cm 、70.18 cm 、77.76 cm 、85.73 cm ,如图7-9-2所示,根据以上数据,可知重物由O 点运动到C 点,重力势能的减少量等于________ J ,动能的增加量等于________ J .(结果保留三位有效数字)图7-9-2解析 由题意知,重物由O 点运动到C 点,下落的高度h C =OC =77.76 cm = 6 m ,则重力势能的减少量ΔEp 为ΔEp =mgh C =×× 6 J = J重物经过C 点的瞬时速度v C ,可由下式求出 v C =BD 2T =OD -OB 2T又T = sOD =85.73 cm = 3 m ,OB =70.18 cm = 8 m 则v C =错误! m/s =3.89 m/s 因此重物动能的增加量ΔEk 为 ΔEk =12mv 2C =12××2J = J 答案二、实验数据的处理及结论的验证例2 在“验证机械能守恒定律”的实验中,所用电源的频率为50 Hz ,某同学选择了一条理想的纸带,用刻度尺测量时,各计数点对应刻度尺上的读数如图7-9-3所示(图中O 点是打点计时器打出的开始下落的第1个点,A 、B 、C 、D 、E 、F 分别是每打两个点取出的计数点)根据纸带计算:图7-9-3(1)重物下落到打B 点、E 点时的速度.(2)若重物的质量为m kg ,则重物从开始下落到打B 点时,减少的重力势能是多少重物增加的动能为多少(3)若重物质量为m kg ,求重物下落BE 高度的过程中重力势能减少多少重物的动能增加多少 (4)从(2)(3)数据可得出什么结论产生误差的原因是什么(当地重力加速度为9.8 m/s 2)解析 (1)x AB =195.0 mm -125.0 mm =70.0 mm = 0 m x BC =280.5 mm -195.0 mm =85.5 mm = 5 m x DE =498.0 mm -381.5 mm =116.5 mm = 5 m x EF =630.0 mm -498.0 mm =132.0 mm = 0 mv B =x AB +x BC 2T =错误! m/s=1.944 m/sv E =x DE +x EF 2T =错误! m/s=3.106 m/s(2)重物从开始下落到打B 点时 减少的重力势能为ΔE p 减=mgx BO =×0.195m =1.91m J 增加的动能为ΔE k 增=12mv 2B =12m ×2=1.89m J (3)重物下落BE 高度时减少的重力势能为 ΔE p 减=mgx EB =× 0- 0)m =2.969m J 增加的动能 ΔE k 增=12mv 2E -12mv 2B =12m ×2-12m ×2=2.934m J (4)从(2)(3)可以得出:在实验误差允许的范围内重物重力势能的减少等于其动能的增加,机械能守恒.重物减少的重力势能略大于其增加的动能的原因是:重物在下落时要受到阻力的作用(打点计时器对纸带的摩擦阻力、空气阻力等),重物克服阻力做功要损失一部分机械能.答案 (1)1.944 m/s 3.106 m/s (2)1.91m J 1.89m J (3)2.969m J 2.934m J (4)见解析 三、实验原理创新例3 如图7-9-4所示,两个质量各为m 1和m 2的小物块A 和B ,分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知m 1>m 2,现要利用此装置验证机械能守恒定律.图7-9-4(1)若选定物块A 从静止开始下落的过程进行测量,则需要测量的物理量有________. ①物块的质量m 1、m 2;②物块A 下落的距离及下落这段距离所用的时间;③物块B 上升的距离及上升这段距离所用的时间; ④绳子的长度.(2)为提高实验结果的准确程度,某小组同学对此实验提出以下建议: ①绳的质量要轻;②在“轻质绳”的前提下,绳子越长越好; ③尽量保证物块只沿竖直方向运动,不要摇晃; ④两个物块的质量之差要尽可能小.以上建议中确实对提高准确程度有作用的是________.(3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议: ________________________________________.解析 (1)要验证机械能守恒定律,物体质量、物体速度及变化高度都要测量,要测速度,时间是关键量,②、③选项测量一个即可,因此选①②或①③.(2)绳的质量在计算中不考虑,因此绳的质量要轻.尽量保持在竖直方向运动,不要摇晃,因为计算的是竖直方向的速度,如果摇晃,水平方向有速度,就有机械能损失.绳子应适当长些,并不是越长越好,两个物块质量差要适当小些,不是尽可能小.所以选①③.(3)实验中的测量、阻力、弹性势能都影响结果的准确程度,所以“对同一高度进行多次测量取平均值”,“选取受力后相对伸长量小的绳”,“绳和滑轮尽量光滑”,对提高结果准确程度有益.答案 (1)①②或①③ (2)①③ (3)“对同一高度进行多次测量取平均值”;“选取受 力后相对伸长量小的绳”;“绳和滑轮尽量光滑”等等.1.在利用重物自由下落“验证机械能守恒定律”的实验中,产生误差的主要原因是( ) A .重物下落的实际高度大于测量值 B .重物下落的实际高度小于测量值C .重物实际末速度v 大于gt(g 为重力加速度,t 为下落时间)D .重物实际末速度v 小于gt2.在“验证机械能守恒定律”的实验中,由于打点计时器两个限位孔不在同一竖直线上,使纸带通过时受到较大阻力,这样的结果会有( )A .mgh>12mv 2B .mgh<12mv 2C .mgh =12mv 2 D .以上都有可能3.在“验证机械能守恒定律”的实验中,下列物理量中需要用工具直接测量的有( ) A .重物的质量 B .重力加速度 C .重物下落的高度D .与重物下落高度对应的重物的瞬时速度4.用落体法验证机械能守恒定律,关于实验误差的下列说法正确的是( )A.重物质量称量不准,会造成较大误差B.重物质量选用大些,有利于减小误差C.重物质量选用小些,有利于减小误差D.释放纸带与接通电源开始打点不同步会造成较大误差5.某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验,下列操作步骤中错误的是()A.把打点计时器固定在铁架台上,用导线连接到低压交流电源B.将连有重物的纸带穿过限位孔,将纸带和重物提升到一定高度C.先释放纸带,再接通电源D.更换纸带,重复实验,根据记录处理数据6.用电磁打点计时器做“验证机械能守恒定律”的实验中,有下列操作:A.用刻度尺测出选定的0到1,2,3,…点之间的距离,查出当地的g值B.在支架上竖直架好打点计时器C.测出重物的质量D.算出各对应点的势能和动能,并通过比较得出结论E.提着纸带,使重物静止在靠近打点计时器的地方F.把电池接到打点计时器的接线柱上G.将50 Hz低压电源接到打点计时器的接线柱上H.接通电源再松开纸带请你选出其中正确的操作步骤,并排出合理的操作顺序________________.(用字母填写)7.用电磁打点计时器做“验证机械能守恒定律”的实验,有如下可供选择的实验器材:铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关,其中不必要的器材是________________________,缺少的器材是________________________.8.如图7-9-5所示,选取纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E,测出A点距起始点O 的距离为s.点A、C间的距离为s1,点C、E间的距离为s2.图7-9-5(1)使用的交流电频率为f,则v C=________,E kC=________.(2)打点计时器在打O点到C点的这段时间内,重物重力势能的减少量为ΔE pC=________.(3)在验证机械能守恒的实验时发现,重物减少的重力势能总大于增加的动能,其原因主要是因为在重物下落的过程中存在着阻力的作用,若已知当地的重力加速度g,用以上测量值表示重物在下落过程中受到的平均阻力的大小为________.9.在验证机械能守恒定律时,如果以v22为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出的v22—h图象应是什么形状才能验证机械能守恒定律,图线的斜率表示什么10.给你一架天平和一只秒表,你如何来估测用手竖直上抛小球时,手对小球做的功要求写出:(1)需测定哪些量如何测量(2)计算时所需关系式及最后所做功的表达式.题型①关于实验步骤某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤:A.用天平称出重物的质量B.把纸带固定到重物上,并把纸带穿过打点计时器,提升到一定高度C.拆掉导线,整理仪器D.断开电源,调整纸带,重做两次E.用秒表测出重物下落的时间F .用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离,记录数据,并计算出结果,得出结论G .把打点计时器接到低压交流电源上H .接通电源,释放纸带I .把打点计时器接到低压直流电源上 J .把打点计时器固定到桌边的铁架台上上述实验步骤中错误的是____________,可有可无的是____________,其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列的是____________.(均只需填步骤的代号)答案 E 、I A JGBHDCF解析 对于物理实验,掌握实验原理和操作方法是最基本的要求.只有掌握了实验原理,才能判断出实验步骤中哪些是错误的,哪些是必要的;只有亲自动手进行认真的操作,才能正确地对实验步骤按序排列.上述实验步骤中错误的是E 和I ,因为实验中不需要测定时间,打点计时器应使用低压交流电源.可有可无的实验步骤是A.其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是:JGBHDCF.题型 ② 实验数据的处理在验证机械能守恒的实验中,已知打点计时器打点间隔为T ,某一组同学得到了一条如图1所示的纸带,在填写实验报告时甲、乙两个同学选择不同的数据处理方法:图1甲同学测出了C 点到第一点O 的距离h OC ,利用v 2C =2gh OC 计算得到了C 点的速度,然后验证mgh OC 与12mv 2C 相等.乙同学测出了A 、B 、C 、D 各点到第一点O 的距离h A 、h B 、h C 、h D ,利用v B =h C -h A2T 、v C =h D -h B 2T 计算B 、C 点的速度,然后验证了mg(h C -h B )与12mv 2C -12mv 2B 是否相等. 请你对甲乙两位同学的做法逐一分析,不合理之处提出完善办法. 答案 甲同学选择a 时间为t a =t b -T =9lg- 4l g= l g到C 段验证机械能守恒,计算C 点的速度用v 2C =2gh OC 的话,犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误.计算v C 可以选择v C =h D -h B2T.乙同学选择了从B 到C 段验证机械能守恒,由于BC 较近造成误差偏大,选择BD 段相对较为合适.拓展探究 用落体法验证机械能守恒定律的实验中:(1)运用公式mv 22=mgh 对实验条件的要求是____________________________,为此,所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近________.(2)若实验中所用重物的质量m =1 kg.打点纸带如图2所示,打点时间间隔为 s ,则记录B 点时,重物的速度v B =________,重物的动能E kB =________,从开始下落起至B 点时重物的重力势能减少量是__________,由此可得出的结论是________________.图2答案 (1)打第1个点时重物的初速度为零 2 mm (2)0.59 m/s J J 在误差允许范围内机械能守恒 解析 (1)重物自由下落时,在 s 内的位移应为 h =12gT 2=12××2 mm ≈2 mm. 所以对实验条件的要求是打第一个点时重物的初速度为零.(2)v B =AC 2T=错误!=0.585 m/s ,此时重物的动能为 E kB =12mv 2B =12×1×2= J , 物体的重力势能减小量为 ΔE pB =mgh =1×××10-3= J. 故在误差允许范围内机械能守恒. 题型 ③ 实验原理创新一同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系,他的实验如下:在离地面高度为h 的光滑水平桌面上,沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧,其左端固定,右端与质量为m 的一小钢球接触,当弹簧处于自然长度时,小钢球恰好在桌子边缘,如图3所示.让钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,使钢球沿水平方向射出桌面,小球在空中飞行后落到水平地面,水平距离为x.图3(1)请你推导出弹簧的弹性势能Ep 与小钢球质量m 、桌面离地高度h 、水平距离x 等物理量的关系式.(2)弹簧长度的压缩量l 与对应的钢球在空中飞行的水平距离x 的实验数据如下表所示,根据下面的实验数据,你猜测弹簧的弹性势能Ep 与弹簧长度的压缩量l 之间有何关系为什么弹簧长度的压缩量l/cm钢球飞行水平距离x/cm答案 (1)Ep =mg 4h x 2 (2)Ep =mgc 24h·l 2(字母c 为常数)解析 (1)弹簧压缩后的弹性势能转化为钢球抛出时的动能,所以Ep =12mv 20.又根据平抛运动规律知:h =12gt 2,x =v 0t ,可得Ep =mg4hx 2.(2)从实验数据表可看出,在误差允许的范围内,钢球飞行的水平距离x 与弹簧长度的压缩量x成正比,可表示为x =cx(c 为常数),又因为Ep =mg 4h x 2,所以Ep =mg 4h (cl)2=mgc 24h ·l 2,其中mgc 24h为常数,所以可以猜测弹簧的弹性势能与弹簧长度的压缩量l 的平方成正比.1.在验证机械能守恒定律的实验中,需要测量的是重物的( )A .质量B .下落高度C .下落时间D .瞬时速度 答案 BD解析 在验证机械能守恒定律的实验中,只要计算出重力势能的减少量ΔEp =mgh 和动能的增加量ΔEk =12mv 2,由ΔEp =ΔEk 即可验证,实际上只要gh =v 22,就验证了机械能守恒,因此只要测出下落高度和瞬时速度,无需测量重物质量,所以B 、D 正确.2.在“验证机械能守恒定律”的实验中,需特别注意的有( )A .称出重物的质量B .手提纸带,先接通电源再松开纸带让重物落下C .取下纸带,可不考虑前面较密集的点,选某个清晰的点作为起始点处理纸带,验证mgh =12mv 2D .必须选取第1、2点间距离接近2 mm 的纸带,从第1点算起处理纸带,验证mgh =12mv 2答案 BD3.在“验证机械能守恒定律”的实验中,有关重物的质量,下列说法中正确的是( ) A .应选用质量较大的重物,使重物和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力 B .应选用质量较小的重物,使重物的惯性小一些,下落时更接近于自由落体运动 C .不需要称量重物的质量D .必须称量重物的质量,而且要估读到0.01 g 答案 AC解析 本实验是用重物自由下落来验证机械能守恒定律的,而机械能守恒定律成立的条件是只有重力做功,而空气阻力做功会使重物机械能减少.只有重力做的功远大于空气阻力做的功,才可能满足机械能守恒的条件,因此重物的重量应取得大一些,以便系统所受的阻力和重物的重量相比可以忽略不计,以保证系统做自由落体运动.对自由落体运动来说,物体的机械能守恒,即重力势能的减小量等于其动能的增加量.设重物质量为m ,下落距离为h 时的速度为v ,则有12mv 2=mgh ,约去m 后,有12v 2=gh.分别计算对应的12v 2和gh ,即可验证机械能守恒定律是否成立.故此题选A 、C.4.在“验证机械能守恒定律”的实验中,打点计时器所用电源的频率为50 Hz ,当地重力加速度的值为9.80 m/s 2,测得所用重物的质量为1.00 kg ,甲、乙、丙三学生分别用同一装置打出三条纸带,量出各纸带上第1、第2两点间的距离分别为0.10 cm 、0.19 cm 和0.25 cm ,则可肯定______(选填“甲”“乙”“丙”)在操作上有错误,错误是____________________.答案 丙 先放开纸带后接通电源解析 合格的纸带应为放开纸带的瞬间打点计时器恰好打第一个点,这样第1、2两点间的距离应接近2 mm ,且实验也有要求,应先使打点计时器开始打点,然后再放开纸带使重物下落,这样1、2两点的间距肯定会小于2 mm ,可判断出丙在操作上肯定出现了错误.5.光电计时器是物理实验中经常用到的一种精密计时仪器,如图4所示.它由光电门和计时器两部分组成,光电门的一臂的内侧附有发光装置(发射激光的装置是激光二极管,发出的光束很细),如图中的A 和A ′,另一臂的内侧附有接收激光的装置,图中的B 和B ′.当物体在它们之间通过时,二极管发出的激光被物体挡住,接收装置不能接收到激光信号,同时计时器就开始计时,直到重新收到激光信号,光电计时器停止计时,故此装置能精确地记录物体通过光电门所用的时间.图4现有一小球从两光电门的正上方开始自由下落,如图所示,若要用这套装置来验证机械能守恒定律,则要测量的物理量有________________(每个物理量均用文字和字母表示,如高度H),验证机械能守恒定律的关系式为____________.答案 小球直径D ,两光电门间的竖直高度H ,小球通过上、下两光电门的时间Δt 1、Δt 2 (D Δt 2)2-(D Δt 1)2=2gH 解析 由于本装置可记录小球通过光电门的时间Δt ,则将小球的直径D 除以Δt ,即可求出小球经过光电门的速度.若再测出两光电门间相距的高度H ,即可验证机械能守恒定律.故需要测量的物理量有:小球直径D ,两光电门间的竖直高度H ,小球通过上下两光电门的时间Δt 1、Δt 2,则小球通过上、下两光电门处的速度分别为D Δt 1、D Δt 2. 验证机械能守恒定律的关系式为:12m(D Δt 2)2-12m(D Δt 1)2=mgH ,化简得:(D Δt 2)2-(D Δt 1)2=2gH. 6.某学校课外研究小组,利用光控实验板进行了“探究重力做功与动能变化之间的关系”实验,光控实验板上有直轨道、滑块、两个光控门和配套的速度显示仪,工作时滑块每通过一次光控门,仪器上都能显示出通过的速度,滑块通过两个光控门,则两个速度值交替显示.现在利用滑块下落高度确定重力的功;通过初、末速度的测量确定动能的改变.另配有器材:多功能电源、连接导线、刻度尺、重垂线、铁架台.实验步骤:A .安装置:将光控板竖直固定,连好电路B .在上下两端合适位置调节好两光控门A 、B 的位置,并用刻度尺测出两者的距离d 1.C .接通光控电源,释放滑块,读出滑块通过A 、B 时的速度示数v 01、v t1.D .调节B 的位置改变光控门的高度,测得d 2、d 3、…;读出对应的速度示数v 02、v t2;v 03、v t3…E .由WG =mgd 写出重力做的功分别是W G1、W G2、W G3、…F .由Ek =12mv 2,算出各次动能的改变量ΔE k1、ΔE k2、ΔE k3、… 请分析回答:(如图5所示)图5(1)安装置时应注意什么____________________.如何操作____________________.(2)该实验中难以避免的误差来源有:;;.(3)因误差的存在,使每组测得的ΔEk总比WG要________(a.略大一点;b.略小一点;c.相等;d.可能偏大也可能偏小).(4)该实验是否需测出滑块的质量________.能得出的实验结论:在误差允许范围内,________________________.答案(1)确保滑块轨道竖直使轨道与重垂线平行(2)轨道摩擦和空气阻力光控门间距的测量光控门对速度的测量不完全是瞬时速度(3)b(4)不需要物体所受合外力做的功等于物体动能的改变量。
机械能守恒实验报告
在误差允许的范围内机械能守恒
3、接通电源,松开纸带,让重锤自由下落。
4、重复几次,得到3〜5条打好点的各依次标1,2,3.......用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3、……o
6、应用公式计算各点对应的瞬时速度v1、V2、v3
7、计算各点对应的势能减少量mgh和动能的增加量,进行比较
实验名称
验证机械能守恒定律
目的
验证机械能守恒定律
器材
铁架台(带铁夹);打点计时器;重锤(带纸带夹子);纸带数条:复写纸片;导线;亳米刻度尺,电源。
步骤
1、按图把打点计时器安装在铁架台上,用导线把打点计时器与学生电源连接好。
2、把纸带的一端在重锤上用夹子固定好,另一端穿过计时器限位孔,用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。
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验证机械能守恒定律
[实验目的]
验证机械能守恒定律。
[实验原理]
当物体自由下落时,只有重力做功,物体的重力势能和动能互相转化,机械能守恒。
若某一时刻物体下落的瞬时速度为v ,下落高度为h ,则应有:2
1mg m 2
h v =。
借助打点计时器,测出重物某时刻的下落高度h 和该时刻的瞬时速度v ,即可验证机械能是否守恒,实验装置如图1所示。
测定第n 点的瞬时速度的方法是: T 2h -h 1
-n 1n n ∆=
+v
[实验器材]
铁架台(带铁夹)、打点计时器、学生电源、导线、带铁夹的重锤、纸带、米尺。
[实验步骤]
1.按如图装置把打点计时器安装在铁架台上,用导线把打点计时器与学生电源连接好。
2.把纸带的一端在重锤上用夹子固定好,另一端穿过计时器限位孔,用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。
3.接通电源,松开纸带,让重锤自由下落。
4.重复几次,得到3~5条打好点的纸带。
5.在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm ,且点迹清晰的
一条纸带,在起始点标上0,以后各依次标上1,2,3……,用刻度尺测出对应下落高度h 1、h 2、h 3……。
6.应用公式T
2h -h 1
-n 1n n ∆=
+v 计算各点对应的即时速度v 1、v 2、v 3……。
7.计算各点对应的势能减少量mgh n 和动能的增加量 mv n 2/2,进行比较。
[注意事项]
1、打点计时器的两限位孔必须在同一竖直线上,以减少摩擦阻力。
2、实验时,需保持提纸带的手不动,待接通电源,让打点计时器工作正常后再松开纸带让重锤下落,以保证第一个点是一个清晰的点.
3、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间接运2 mm 的纸带.
4、打点计时器必须接50 Hz 交流低压电源.
图1
图2
5、测量下落高度时,必须从起始点算起,不能搞错,为了减小测量h值的相对误差,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 cm—80 cm之内.
6、实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功,所以动能的增加量要小于势能的减少量。
[数据处理]
连续打两点的时间间隔T=s
序号重锤下落高度h(m) 速度v(m/s)gh V²/2
1
2
3
4
5
[误差分析]:
误差原因为减小误差,实验中应注意哪些方面
1
2
3
[结论]:
例1.在“验证机械能守恒定律”的实验中,需要直接测量的物理量是
A.质量B.下落高度C.下落时间D.瞬时速度
例1、在“验证机械能守恒定律”的实验中,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,查得当地的重力加速度g=9.80m/s2。
某同学选择了一条理想的纸带,用刻度尺测量时计数点对应刻度尺上的读数如图所示。
图中O点是打点
计时器打出的第一个点,A、B、C、D分别是每打
两个点取出的计数点。
根据以上数据,可知重物
由O点运动到B点时:
(1)重力势能的减少量为多少?
(2)动能的增加量是多少?
(3)根据计算的数据可得出什么结论?产生误差的主要原因是什么?。