7．9实验：验证机械能守恒定律

7．9实验：验证机械能守恒定律 【学习目标】 1.理解实验的设计思路，明确实验中需要直接测量的物理量。 2.知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法。 3.能正确进行实验操作，能够根据实验数据分析得出实验结论。 4.能定性分析产生实验误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差。 【知识准备】 1.物体做自由落体运动时，只受 力作用，其机械能守恒，若物体自由下落h高度时速度为v，应有mgh= ，故只要gh=1/2v2成立，即可验证自由落体运动中物体的机械能守恒。 2.在打出的各纸带中挑选出一条点迹 ，且第1、2两打点间距离接近 的纸带。 3.测定第N个点的瞬时速度的方法是：测出与n点相邻的前、后两段相等时间T内下落的距离Sn和Sn+1，，有公式Vn= 算出。 4.在验证机械能守恒定律时，如果以v2／2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。 【新课内容】 一、实验目的： 通过研究物体自由下落过程中，动能和重力势能的变化来验证机械能守恒定律。 二、实验原理： 1．做自由落体运动的物体，设质量为m，下落高度为h时的速度为v，则减少的重力势能为mgh，增加的动能为。若两个量在 ，就验证了机械能守恒定律。 2．测定第n点的瞬时速度的方法是：物体做匀变速直线运动，在某时间的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，即测出n点的相邻的前、后两段相等时间T内下落的距离Sn和Sn+1，由公式 或vn=(dn+1—dn-1)/2T算出。 三、实验器材： 打点计时器及电源、纸带、复写纸片、重物、 、带有铁夹的铁架台、导线。 四、实验步骤： 1．如图所示，先将打点计时器竖直的固定在铁架台上，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器。 2．用手握着纸带，让重物静止地靠近打点计时器，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列点。换上新纸带，重复实验几次。 3．从几条纸带中挑选点迹清晰的纸带。 4．在选出的纸带上，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4…，并量出各点到O点的距离h1、h2、h3…，计算相应的重力势能减少量mghn。 5．测出一系列计数点到第一个点的距离d1、d2…，根据公式vn=，计算物体在打下点1、2、…时的瞬时速度v1、v2、….计算相应的动能mvn2。 6．比较mvn2与mgh n是否相等。 五．实验结论： 。 六、注意事项： 1．选用质量和密度较大的重物，减小空气对它的阻力。 2．竖直安装铁架台，特别是打点计时器上的限位孔更应该 ，从而减小纸带下落时受到的阻力。 3．测量下落高度时，必须从打出的第1个点计算。 4．实验时，应先接通电源使打点计时器开始工作，然后再放开纸带使重物下落。 5．不需要测出物体的质量，实际只需要验证 就行了。 七、误差分析： 本实验采取分析纸带的方法求每一点的瞬时速度，即物体下落的实际速度。由于摩擦阻力的存在，利用所测速度计算的动能的增加总 重力势能的减少，这是产生系统误差的主要原因。另外，用刻度尺测纸带上点与点间距离时，也可能造成偶然误差。 【典例精讲】 [例1] 在验证机械能守恒定律的实验中： （1）从下列器材中选出实验所必须的，其编号为_____。 A．打点计时器（包括纸带）； B．重物； C．天平； D．毫米刻度尺； E．秒表； F．运动小车。 （2）打点计时器的安装放置要求为_____ ___；开始打点计时的时候，应先__ _____，然后_____ _____。 （3）实验中产生系统误差的原因主要是_____，使重物获得的动能往往_____。为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择_____。 （4）如果以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的-h图线是_____，该线的斜率等于_____。 [例2] 在“验证机械能守恒定律”的实验中，已 ... ...