实验验证机械能守恒定律ppt课件

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．
3．打点计时器产生的误差
(1)由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差；
(2)计数点选择不好，振动片振动不均匀，纸带放置方法不正确引
起摩擦，造成实验误差．
紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用．
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4．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、3、4…并量出各点到位置O的距离h1、
h2、h3、h4….用公式vn＝
计算出各点对
应的瞬时速度v1、v2、v3、v4 ….
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5．守恒验证
方法一：利用起始点和第n点计算．代入ghn和如果在实验
误差允许的范围内，ghn＝
则说明机械能守恒定律是正
确的．
方法二：任取两点计算
(1)任取两点A、B测出hAB，算出ghAB.
(2)算出
的值．
(3)如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝
则说明机械能守恒定律是正确的．
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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v2，然后以 v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出 v2－h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．
复习回顾 机械能守恒定律
1、内容： 2、表达式： 3、适用条件：
4、解题一般步骤：
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§7.9 实验：验证机械能守恒定律
2
一、实验目的 验证机械能守恒定律．
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二、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
用刻度尺直接测量，而不能用hn＝
或hn＝
计算得到．
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七、实验改进 物体下落过程中通过某一位置时的速度可以用光电
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．
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问 题 起始点 2
gh
=
1 2
v
2
h
纸带上的第一个点为计时起点0 （起始点的
速度应该为零，即打点计时器在纸带上打下 第一个点时纸带刚开始下落）。
对于实际获得的纸带，如何判定纸带上的第 一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？
x
=
1 2
gt2
=
21×9.8×0.022m
≈2×10-3m
=
2
mm
纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。8
或vn＝
算出，如
图实－2－1 5
三
、 实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、重
实 物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源
验 等。
器
纸带
材
打点计时器
铁架台
？
重物
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问
题
本实验要不要测量物体的质量？
1
mgh
=
1 2
mv
2
gh
=
1 2
v
2
无需测量物体的质量
如果实验要求计算势能和动能的具体 数据，那就必须要知道物体的质量。
图实－2－2
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2．打纸带：把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，用手竖直提起纸带，使重物停靠在打 点计时器下方附近，应先接通电源，待计时器打点稳定后再 松开纸带，让重物自由下落，打点 计时器就在纸带上打出一 系列的点．取下纸带，换上新的纸带重打几条(3条～5条)． 3．选纸带：分两种情况说明
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六、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．
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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，等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 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 cm～80 cm之间．
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图
象 法
gh
=
1 2
v
2
处 理
பைடு நூலகம்
1 2
v
2
数 据
为什么图 象通过原
点？
该图象的 斜率表示
什么？
0
h
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五、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ΔEk 稍小于重力势能 的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，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．
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．
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2．速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于
相邻两点间的平均速度vt＝ 计算打第n个点瞬时速度的方 法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离
xn和xn＋1，由公式vn＝ 图实－2－1所示．
(1)应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 mm 的纸带，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．
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(2)用
＝mgΔh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
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5．速度不能用vn＝gtn或vn＝
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vn＝gtn计算出的速度比 实际值大，会得出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
思 考 可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不
用到起始点吗）?
A
B
Δh
我们可以选取A、B两点，比较它们的机械 能EA和EB。若以点B为0 势能点，则有：
EKA＋mgΔh＝EKB
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问
题
3
如何测量物体的瞬时速度?
做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度， 等于相邻两点间的平均速度。
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四、实验步骤 1．器材安装：如图实－2－2所示，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，此时电源开 关应为断开状态．