实验：验证机械能守恒定律

9实验：验证机械能守恒定律1、机械能守恒定律的内容？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？研究在自由落体运动中：kpEE-＝？OABCDhv方案1：从起点开始计算21?2mvmgh　方案2：从一般位置开始计算h2v1v2221?1122mvmvmgh-　测量这些物理量，需要哪些器材？打点计时器、纸带、交流电源、导线、重物、铁架台、夹子、毫米刻度尺3、实验器材器材备注器材备注铁架台重锤（木质）电火花计时器重锤（金属）复写纸片纸带天平mm刻度尺秒表cm刻度尺√√√√√√｛｝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，应采用密度较大的重物。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。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．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。按如下实验步骤进行实验①用天平测量重物的质量②按照课本所示装置安装打点计时器③将纸带穿过计时器，下端与重物相连④接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带⑤及时切断电源，取下纸带，标上纸带号⑥更换纸带，重复以上步骤⑦整理器材，使器材复位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。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实际上我们完全可以回避起始点的7113我们可以选取7、13两点，比较它们的机械能E7和E13,以点13为0势能参考点，则有：EK7＋mgh＝EK13这样，纸带上打出起始点0后的第一个0.02s内的位移是否接近2mm，以及第一个点是否清晰就无关紧要了回避第一个计时点的原因也包括实验时手提纸带的不稳定，使第一个计时点打出的点迹过大，从而测量误差加大。1、该实验中选取被打点纸带应注意两点：一是第一点O为计时起点，O点的速度应为零。怎样判别呢？2、如何测量瞬时速度3、是否需要测量重物的质量？重物是否可以随意选择？4、在架设打点计时器时应注意什么？为什么？思考题：122xmm-=212mvghm=　打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，尽量减少摩擦阻力2xvvT==中时MkgΔhmVAm/sVBm/s势能减少量mgΔh(J)动能增加量ΔEK(J)1234可不可以用图象处理数据?0hv212gh=v212该图象的斜率表示什么？为什么图象通过原点？图像法处理数据实验结论：在误差允许范围内，机械能守恒因重物下落中要克服阻力做功，实验的动能增加量必定稍小于重力势能减少量计算物体的速度，可有三种方法12nnvgh=、2nnvgt=、1132nnnhhvT--=、第1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，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn＝或hn＝计算得到．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．Mm？？用连接体验证利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图5－5－4甲所示：图5－5－4(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平．②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.③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝________cm.④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2.⑤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Δt1和Δt2.⑥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：①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________.②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________.③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ΔEp＝________(重力加速度为g)．(3)如果ΔEp≈________，则可认为验证了机械能守恒定律．