人教版高中物理必修2第七章機械能守恒定律9.實驗：驗證機械能守恒定律導學案(3)

1、實驗:驗證機械能守恒定律【知識準備】1 .實驗目的：驗證機械守恒定律。2 .實驗器材：鐵架臺(帶鐵夾)，打點計時器,重錘(帶紙帶夾子)；紙帶數條，復寫紙片，毫米刻度尺;物體只在重力作用下自由落體時，物體機械能守恒，即減少的重力勢能等于增加的動能。 如果物體下落高度h時速度為v,則有。借助于打了點的紙帶測出物 體下降的高度h和對應速度v,即可驗證物體自由下落時機械能是否守恒。測定第n點的瞬時速度的方法是：測出第 onn點前后兩段相等時間T內下落的距離Sn、 ,'Sn+1, 由公式 示。求出，如圖1所SnSn+14 .實驗步驟(1 ) 在鐵架臺上安裝好 0(2)將紙帶的一端固定在重錘的夾子

2、上, 另一端穿過打點計時器的 ,用豎直提 起的紙帶使重錘靠在 附近。(3)先,冉,讓重錘自由下落。(4)換上新紙帶，,得到幾條打好的紙帶。(5)選擇點跡清晰，且第一、二兩點間距離接近 的紙帶，起始點標O,依次確 定幾個計算點1、2、3(6)用刻度尺測量下落高度h1、h2、h3，計算各計數點對應的重錘瞬時 。(7)計算各計數點對應的勢能減少量和動能增加，進行比較。5.注意事項：(1)打點計時器的安裝要穩(wěn)固，并使兩限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力(2)實驗中，需保持提紙帶的手不動，待接通電源，打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶讓 重物下落.(3)選取紙帶時，本著點跡清晰且第一、二兩點間距離接近2m

3、m的原則(為什么？).(4)測下落高度時，須從起點量起，并且各點下落的高度要一次測定.(5)不需測出物體質量，只需驗證 Vn2/2=ghn就行.(6)重錘要選密度大的，體積小的.【教材助讀】1 .實驗原理的理解：(1)因為打點計時器每隔0.02 s打點一次，在最初的0.02 s內物體下落距離應為0.002 m, 所以應從幾條紙帶中盡量挑選點跡清口呈一直線且第一、二點間接近2 mm的紙帶進行測量；二是在紙帶上所選的點應該是連續(xù)相鄰的點，每相鄰兩點時間間隔t =0.02 s.(2)因為不需要知道物體在某點動能和勢能的具體數值，所以不必測量物體的質量 m,而只需驗證2/2=g%就行了。2 .實驗操作

4、注意事項：(1)打點計時器要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內， 以盡量減少重物帶著紙 帶下落時所受到的阻力作用。(2)必須先接通電源，讓打點計時器正常工作后才能松開紙帶讓重物下落。(3)測量下落高度時，必須從起始點算起，不能搞錯，為了減小測量h值的相對誤差，選取的各個計數點要離起始點遠一些，紙帶也不易過長，有效長度可在60cm-80cm之內.3 .誤差分析：(1)本實驗的誤差主要來源于紙帶數據的處理上，及點與點測量的讀數上的誤差和各種 阻力產生的誤差。還有注意必須先接通電源后放開紙帶 .(2)實際上重物和紙帶下落過中要克服阻力做功， 所以動能的增加量要小于勢能的減少 量.(3)在驗證機械

5、能守恒的定律時，如果以1v2為縱軸，h為橫軸，根據實驗數據繪出的-v2-h22圖線應是過原點的直線，才能驗證機械能守恒。1v2h圖的斜率等于g的數值?！緦嶒灢僮鳌? .自主設計表格，記錄實驗數據2 .數據處理3 .實驗結論及反思本卷第1頁(共4頁)【實驗探究】探究1在驗證機械能守恒定律的實驗中，得到了一條如圖2所示的紙帶，紙帶上的點記錄了物體在不同時刻的位置，當打點計時器打點4時，物體的動能增加的表達式為 Eku物體重力勢能減小的表達式為 Epn ,實驗中是通過比較 來驗證機械能守恒定律的（設交流電周期為 T）.D3做驗證機械能守恒定律的實驗中，紙帶上打出的點如圖 3所示，若重物的質量為 m,

6、圖 中點P為打點計時器打出的第一個點，則從起點P到打下點B的過程中，重物的重力勢能的 減小量A Ep=J,重物的動能的增加量 A Ek=J.（打點計時器的打點周期為 0.02s,2g=9.8m/s； c. 三14“單位f cm:5口1.探究2 下面列出一些實驗步驟A.用天平測出重物和夾子的質量；B,將重物系在夾子上；圖3C.將紙帶穿過計時器，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子.再把紙帶向上拉，讓夾子靠近打點計時器；D.拆下導線，整理器材.E .打點計時器固定放在桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直線上；F.在紙帶上選取幾個點，進行測量和記錄數據；G.用秒表測出重物下落的時間；H.接通電源待

7、計時器響聲穩(wěn)定后釋放紙帶；I.切斷電源；J.更換紙帶，重新進行兩次；K.在三條紙帶中選出較好的一條；L.進行計算，得出結論，完成實驗報告；以上步驟，不必要的有 ,正確步驟的合理順序是 探究3 在用落體法驗證機械能守恒定律時，t7某同學按照正確的操作選得紙帶如圖4.其中O；：中是起始點，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的千9.51 T.42 _Zj3個點.該同學用毫米刻度尺測量 O到A、B、C *15.7予各點的距離，并記錄在圖中（單位cm）.圖4這三個數據中不符合有效數字讀數要求的是，應t己作 cm.該同學用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，已知當地的重力加速度g=9.80m/s2, 他用AC

8、段的平均速度作為跟B點對應的物體的即時速度，則該段重錘重力勢能的減少量為,而動能的增加量為 ,（均保留3位有效數字，重錘質量用 m表示）.這樣驗 證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量 動能的增加量，原因是另一位同學根據同一條紙帶，同一組數據，也用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，不過他數了一下：從打點計時器打下的第一個點 O數起，圖中的B是打點計時器打下的第9個點.因此他用vB=gt計算跟B點對應的物體的即時速度，得到動能的增加量為 , 這樣驗證時的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量 動能的增加量，原因是【鞏固練習】1 .在驗機械能守恒定律的實驗中，由于打點計時器兩限位孔不在同一豎直線上， 使紙帶

9、通過 時受到較大阻力，這樣會使得()本卷第3頁（共4頁）A .C.2.mgh1 2 -mv2mgh =lmv2B .12.mgh -mvD .以上都有可能0 7.8 17.631.4驗證機械能守恒定律”的實驗采用重物自由下落的方法(1)用公式 mv2/2=mgh時，對紙帶上起點的要求 是,為此目的，所選擇的紙帶一、 二兩點間距應接近.(2)若實驗中所用的重錘質量 M = 1kg,打點紙帶 如圖5所示，打點時間間隔為0.02s,則記錄B點時，重 錘的速度VB = ,重錘動能EKB = .從開 始下落起至B點，重錘的重力勢能減少量 是,因此可得結論是 (3)根據紙帶算出相關各點速度 V,量出下落距離 h,則以q為縱軸，以h為橫軸畫出的圖線應是圖6中 的.圖5圖649.0 (mm)50HZ,某次實驗選擇的一條較理想 A、B、C、D分別為每打兩個點3.在驗證機械能守恒定律的實驗中，所用電源的頻率