人教高中物理必修二79验证机械能守恒定律(共23张PPT)

§7.9验证机械能守恒定律第七章机械能守恒定律1、什么叫机械能守恒？2、机械能守恒的条件是什么？3、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？质量为m的物体从O点自由下落，以地面为零参考面，经过A、B两点的速度分别为VA和VB，A、B两点距地面的高度分别为hA、hB。4、如何推导机械能守恒的表达式？本实验中的具体表达式BAABmghmghmvmv222121本实验借助验证机械能守恒定律自由落体运动2A2B2121mvmvmgΔh要证明上式是否成立，需要测量哪些物理量？如何测量这些物理量？在只有重力做功的自由落体运动中,物体的动能向势能转化但机械能守恒.设物体的质量为m,从静止开始下落,下落高度为h时速度为v,则应有:½mv2=mgh,或v=√2gh.由此可知,只要测出下落高度h和相应的瞬时速度v,再利用当地的重力加速度g的值,即可对½mv2和mgh进行比较,若相等,则机械能得以验证.很明显,物体质量m的具体值不需测定.实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、重物、毫米刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。夹子打点计时器纸带重物？铁架台测量这些物理量，需要哪些器材？问题1、选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大体积较小的重物。问题2、安装打点计时器时，应注意什么问题？计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。问题3、这样做的目的是什么?减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差；保证重物有足够的下落空间，以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算．问题4、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？先通电源，再释放纸带问题5、释放纸带时应注意什么问题？释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。4、选择合适的纸带，处理数据。5、整理器材，使器材复位。3、更换纸带，重复几次。1、将打点计时器固定在铁架台上，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。(竖直、稳定）2、用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近。然后先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。问题讨论1本实验要不要测量物体的质量？mgh=mv212gh=v212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。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）。gh=v21212x=gt2=×9.8×0.022m≈2×10-3m=2mm12h起始点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？纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。问题讨论2注意事项挑选纸带:选用第1、2两点间距接近2mm的纸带进行研究.从原理上看,打第一个点时速度为0,那么第1、2两点间距为y＝½gt2＝½×9.8×0.022＝0.002m＝2mm.这意味着选用打第1个点的瞬时开始下落的纸带.hxΔtΔt2mm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）?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＝EKBΔhAB如何测量物体的瞬时速度?x=vA(2t)+a(2t)212—vAC==vA+atx2t—vB=vA+atvB=vACv0tvAt2tvBvC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。问题讨论3思考速度能不能用v=2gh或v=gt计算？这种方法认为加速度为g，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于g，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是减少的，故这种方法也不能用。这种方法是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用。注意事项4、实验用的纸带一般小于1m，从起始点开始大约能打出20个点左右。末位置的点可选择倒数第一个点或倒数第二个点，从这一个点向前数4～6个点当初位置的点，可以减小这两个点的瞬时速度以及两点之间距离（高度h）测量的误差。1、安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。2、应选用质量和密度较大的重物，增大重力可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、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带。误差分析1、偶然误差：测量长度时会带来误差2、系统误差：实验中重物和纸带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。为了减小这种误差:①尽量减小纸带与限位孔之间的摩擦,②重物选用质量较大而体积小的物体.图201234s1s2s3h1h2h3h4数据记录测量点n123456高度hn/m速度vn/m/s势能EP/J动能EK/J可不可以用图象处理数据?0hv212图象法处理数据gh=v212该图象的斜率表示什么？为什么图象通过原点？练习：某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图4所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为1kg。①打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB=m/s，重锤的动能EkB=J。②从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为J。③根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是。①1.175，0.69，0.69②0.69，③机械能守恒。