实验验证机械能守恒定律导学案

实验验证机械能守恒定律导学案实验验证机械能守恒定律导学案实验验证机械能守恒定律导学案资料仅供参考文件编号：2022年4月实验验证机械能守恒定律导学案版本号：A修改号：1页次：1.0审核：批准:发布日期：实验六验证机械能守恒定律一、实验原理如图所示，质量为m的物体从O点自由下落，以地面作为零重力势能面，如果忽略空气阻力，下落过程中任意两点A和B的机械能守恒即eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＋mghA＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＋mghB还可写成eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝mghA－mghB.等式说明，物体重力势能的减少等于动能的增加．为了方便，可以直接从开始下落的O点至任意一点(如图1中A点)来进行研究，这时应有：eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝mgh，即为本实验要验证的表达式，式中h是物体从O点下落至A点的高度，vA是物体在A点的瞬时速度．二、实验器材打点计时器，低压交流电源，带有铁夹的铁架台，纸带，复写纸，带夹子的重物，刻度尺，导线两根．三、实验步骤1．安装置：按图2将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路．2．打纸带：将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用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方．先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落．图2更换纸带重复做3～5次实验．图23．选纸带：分两种情况说明(1)用eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)＝mghn验证时，应选点迹清晰，且1、2两点间距离略小于或接近2mm的带．(2)用eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，只要后面的点迹清晰就可选用．四、数据处理方法一：利用起始点和第n点计算代入mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)，如果在实验误差允许的条件下，mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)相等，则验证了机械能守恒定律．方法二：任取两点计算(1)任取两点A、B测出hAB，算出mghAB.(2)算出eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)的值．(3)在实验误差允许的条件下，若mghAB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)，则验证了机械能守恒定律．方法三：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以eq\f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出eq\f(1,2)v2－h图线．若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律．五、误差分析1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(如空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差．改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值来减小误差．六、注意事项1．打点计时器要稳定的固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，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．实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，先接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带．4．测下落高度时，要从第一个打点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完．5．速度不能用vn＝gtn或vn＝eq\r(2ghn)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＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,n)或hn＝eq\f(v\o\al(2,n),2g)计算得到．例1：用如图:实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．如图给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离已在图中标出．已知m1＝50g、m2＝150g，则(g取10m/s2，结果保留两位有效数字)(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：A．按照图示的装置安装器件B．将打点计时器接到直流电源上C．先释放m2，再接通电源打出一条纸带D．测量纸带上某些点间的距离E．根据测量的结果，分别计算系统减少的重力势能和增加的动能其中操作不当的步骤是__________(填选项对应的字母)．(2)在纸带上打下计数点5时的速度v＝______m/s；(3)在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统势能的减少量ΔEp＝______J，由此得出的结论是_____________________________________________________(4)若某同学作出eq\f(1,2)v2－h图象如图9所示，写出计算当地重力加速度g的表达式________________，并计算出当地的实际重力加速度g＝________m/s2.例2．关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法正确的是()A．实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越少，误差就越小B．实验时需称出重物的质量C．纸带上第1、2两点间距若不接近2mm，则无论怎样处理实验数据，实验误差都一定较大D．处理打点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法1．在“用打点计时器验证重锤做自由落体运动的过程中机械能守恒”的实验中，需要直接测量的数据是重物的()A．质量B．下落高度C．下落时间D．即时速度2.利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中，下面叙述正确的是（）A.应该用天平称出物体的质量B.应该选用点迹清晰，特别是第一点没有拉成长条的纸带C.操作时应先接通电源然后放开纸带D.打点计时器应接在电压为4～6V的直流电源上3．在“用打点计时器验证重锤做自由落体运动的过程中机械能守恒”的实验中，对于自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利

()A．只要足够重就可以B．只要体积足够小就可以C．既要重，又要体积小D．应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲4．在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面叙述正确的是()A．应用天平称出物体的质量B．应当选用点迹清晰，特别是第一个点没有拉成长条的纸带C．操作时应先放纸带后接电源D．电磁打点计时器应接在电压为4～6V的交流电源上5．用自由落体验证机械能守恒的实验中，对实验结果影响最大的因素是()A．纸带克服摩擦力做了功。B．纸带下落的时间太短。C．纸带下落的高度hn测量不太准确。D．打点周期极不稳定。6．在“验证机械能守恒定律”的实验中，可以通过计算得到的有()A．重锤质量 B．重力加速度C．重锤下落高度D．与下落高度对应的重锤的即时速度7.利用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中,计算第n点的速度的公式是()A．Vn=gtB．Vn=EQ\R(,2ghn)C．Vn=EQ\F(2h,tn)D．Vn=EQ\F(hn+1−hn−1,2T)8.下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是（）A.重锤质量的称量不准会造成较大误差B.重锤质量选用得大些，有利于减小误差C.重锤质量选用得较小些，有利于减小误差D.纸带下落和打点不能同步会造成较大误差9.在“验证机械能守恒定律”的实验中，除天平、铁架台、夹子、纸带和重物外，还需要（）A.秒表B.刻度尺C.学生电源D.打点计时器10.在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列叙述正确的是（）A.安装打点计时器时，两纸带限位孔应在同一竖直线上B.实验时，在松开纸带让重物下落的同时，应立即接通电源C.若纸带上开头打出的几点模糊不清，也可设法用后面清晰的点进行验证D.测量重物下落高度必须从起始点算起11.在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样会导致实验结果（）A.＞B.＜C.=D.以上均有可能12．在“利用重锤自由下落验证机械能守恒定律”的实验中，产生误差的主要原因是()A．重锤下落的实际高度大于测量值B．重锤下落的实际高度小于测量值C重锤实际末速度．大于gt(g为重力加速度，t为下落时间)D．重锤实际末速度v小于gt13．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。14.在验证机械能守恒定律实验中：(1)研究对象是自由落体的重物，除铁架台、打点计时器、纸带、重物、夹子外，还要用到的器材有___________.(2)做此实验时，有同学按以下步骤进行：①固定好打点计时器，将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提住，让手尽量靠近打点计时器.②松开纸带，接通电源，开始打点，并如此重复几次，取得几条打点纸带.③取下纸带，挑选点迹清楚的纸带，记下起始点O点，在离O点较近处选择几个连续记数点(或计时点)并计算出各点的速度值.④测出各点距O点的距离，即为下落高度.⑤用天平称出物体的质量.⑥计算出mghn和mv，看是否相等.在上述步骤中，多余的是________，有错误并给予更正：a_____,B____________,c__________,d____________.(3)选择纸带的要求是①__________，②______________，③____________.(4)实验中得到一条纸带，如图所示，当打点计时器打点c时，物体的动能表达式为___________，物体势能减少的表达式为___________.若等式成立_______________，则验证了机械能守恒定律.实验:验证机械能守恒定律--练习题-答案1B2BC3CD4BD5C6A7B