物理（教科版必修2）課件第4章學(xué)生實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

第四章機(jī)械能和能源學(xué)生實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律[實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．[實(shí)驗(yàn)原理]通過(guò)實(shí)驗(yàn)，求做自由落體運(yùn)動(dòng)物體的重力勢(shì)能的減少量和相應(yīng)過(guò)程動(dòng)能的增加量．若二者相等，說(shuō)明機(jī)械能守恒，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．[實(shí)驗(yàn)器材]打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及電源、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、重物、刻度尺、帶有鐵夾的鐵架臺(tái)、導(dǎo)線．[實(shí)驗(yàn)步驟]1．安裝：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上；用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與低壓交流電源相連接．2．接電源，打紙帶：把紙帶的一端在重物上用夾子固定好，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手提著紙帶使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后松開(kāi)紙帶，讓重物自由下落．重復(fù)幾次，打下3～5條紙帶．3．選紙帶：選取點(diǎn)跡較為清晰的．挑選紙帶上第一個(gè)點(diǎn)及距離第一個(gè)點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)，并依次標(biāo)上0,1,2,3……4．?dāng)?shù)據(jù)測(cè)量：測(cè)出0到點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3……的距離，即為對(duì)應(yīng)的下落高度h1、h2、h3……[注意事項(xiàng)]1．安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力．2．應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減?。?．實(shí)驗(yàn)時(shí)必須保持提起的紙帶豎直，手不動(dòng)．接通電源后，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再松開(kāi)紙帶，以保證第一點(diǎn)是一個(gè)清晰的點(diǎn)．[誤差分析]1．本實(shí)驗(yàn)的誤差主要來(lái)自于空氣阻力及紙帶和計(jì)時(shí)器限位孔之間的摩擦．故重力勢(shì)能的減少量應(yīng)等于動(dòng)能增加量和克服阻力做功之和．所以動(dòng)能的增加量應(yīng)略小于重力勢(shì)能的減少量．2．偶然誤差測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)會(huì)帶來(lái)誤差，減小誤差的辦法是：(1)測(cè)距離時(shí)都應(yīng)從打第一個(gè)點(diǎn)O點(diǎn)量起．(2)多測(cè)幾次取平均值．3．系統(tǒng)誤差實(shí)驗(yàn)中重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力(主要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力)做功，故動(dòng)能的增加量ΔEk必定稍小于重力勢(shì)能的減少量ΔEp．

用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種．重物從高處由靜止開(kāi)始下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在重物拖著的紙帶上打出一系列的點(diǎn)，選取點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量，即可“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”．下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：一、實(shí)驗(yàn)器材及步驟A．按照?qǐng)D示的裝置安裝器材B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上C．用天平測(cè)量出重物的質(zhì)量D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)接通電源開(kāi)關(guān)打出一條紙帶E．測(cè)量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離F．根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重物下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能指出其中操作不恰當(dāng)?shù)幕蛘邲](méi)有必要進(jìn)行的步驟，并說(shuō)明原因．解析：操作B是錯(cuò)誤的，應(yīng)該接到電源的交流輸出端；操作D是錯(cuò)誤的，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再釋放紙帶；操作C沒(méi)必要，根據(jù)測(cè)量原理，重物的動(dòng)能和勢(shì)能表達(dá)式中都包含了質(zhì)量m，可以約去．答案：見(jiàn)解析

在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2，某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測(cè)量時(shí)各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖所示，圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D分別是每打兩個(gè)點(diǎn)取出的計(jì)數(shù)點(diǎn)．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物(質(zhì)量為m)由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)：二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及誤差分析(1)重力勢(shì)能的減少量為_(kāi)_______；(2)動(dòng)能的增加量為_(kāi)_______；(3)根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)可得出什么結(jié)論？產(chǎn)生誤差的主要原因是什么？(3)從(1)、(2)中計(jì)算的數(shù)據(jù)得出在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)重物減少的重力勢(shì)能等于其動(dòng)