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1、79 实验：验证机械能守恒定律 课前自主预习1. 实验目的：该实验是利用自由落体运动来验证 的。2. 实验原理：通过实验，求做自由落体运动的物体重力势能的 和相应过程动能的 若两者在数值上 则说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律：Ek= - EP3. 实验器材:该实验所需器材有电源、纸带、复写纸片、重物、带有铁夹的铁架台、导线，还需要 。4. 实验误差：重物下落过程中，会不可避免的受到空气阻力、纸带与打点计时器间的阻力影响，这些都使重物的机械能 。为减小这些阻力对实验的影响，可以使打点计时器 固定。同时选用 的重锤。5. 实验步骤（如图所示）（1） 安装仪器：将打点计时器固定在 上；用导线将
2、打点计时器与 交流电源先连接。（2） 接电源，打纸带：把纸带的一端穿在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物 。重复几次，打下35条纸带。（3） 选纸带：选取点迹较为 的。挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0,1，2,3.（4） 数据处理：测出点1、点2、点3、.到0的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3利用公式 ，计算出点1、点2、点3.的瞬时速度v1、v2、v3.（5） 验证：做自由落体运动的物体下落的高度为h时速度为v，则物体的重力势能减少量为mgh，动能增加量为 ，如果在误差
3、范围内mgh=,即 ，就验证了机械能守恒定律。（6） 实验结论：在只有重力做功的情形下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总的机械能守恒。因此，在误差范围内验证了重难点点拨（一）验证机械能守恒定律的实验原理及数据处理例1.利用图中所示的装置可以研究自由落体运动实验中需要调整好仪器，接通打点计时器的电源松开纸带，使重物下落，打点计时器会在纸带上打出一系列的小点(1)为了测得重物下落的加速度，还需要的实验器材有_(填入正确选项前的字母)A天平B秒表C米尺(2)若实验中所得到的重物下落的加速度值小于当地的重力加速度值，而实验操作与数据处理均无错误，写出一个你认为可能引起此误差的原因： .变式训练1
4、1：在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地重力加速度的值为9.80m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg.甲、乙、丙三学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、第2两点间的距离分别为0.18cm、0.19cm和0.25cm，则可肯定_(选填“甲”“乙”“丙”)在操作上有错误，错误是 _若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O的距离分别为15.55cm、19.20cm和23.23cm.则当打点计时器打B点时，重物的重力势能减小量为_J，重物的动能为_J(均保留3位有效数字)通过计算表明数值上Ep_Ek(填“大于”“小于
5、”或“等于”)这是因为 ，实验的结论是：。（二）实验误差分析及注意事项例2在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为 。在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为 。要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_号和第_号计数点之间的过程为研究对象。变式训练21在验证机械能守恒定律的实验中，由于打点计时器两限
6、位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样的结果会有( )Amghmv2 Bmghmv2Cmgh=mv2 D以上都有可能（三）实验原理及方法迁移例3.某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。弧形轨道末端水平，离地面的高度为H，将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s(1)若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2 (用H、h表示)(2)该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示，请在坐标纸上作出s2-h关系图(3)对比实验结果与理论计算得到的s2-h关系图线(图中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率 (填“小于”或“大于”)理论值(
7、4)从s2-h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是 。课堂知识演练1. （多选）在验证机械能守恒定律的试验中，没有必要进行的操作时（ ）A. 用天平侧重物的质量B. 用秒表侧重物下落的时间C. 用打点计时器记录重物下落的信息D. 用纸带记录、测量重物下落的高度2. （多选）如图所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：（1） 未完成实验，除了所给 器材，还需要的器材有 。（输入正确选项字母）A. 米尺 B.停表C.012V的直流电源 D.012V的交流电源（2） 实验中
8、误差产生的原因有 。（写出两个原因）3.在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m=1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点已知打点计时器每隔0.02s打一个点，当地的重力加速度为g=9.80m/s2，那么：（1）根据图上所得的数据，应取图中O点到 点来验证机械能守恒定律；（2）从O点到（1）问中所取的点，重物重力势能的减少量Ep= J，动能增加量Ek= J。（结果保留三位小数）4. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用的电源频率为50Hz，当地重力加速度的
9、值为9.80m/s2，所用重物的质量为1.00Kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点ABCD作为测量的点。经测量知道ABCD各点到O点的距离分别为62.99cm，70.18cm，77.76cm，85.73cm。根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于 J，动能的增加量等于 J。（取三位有效数字）5. 光电计时器也是一种研究物体运动情况对的仪器，当物体经过光电门时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现利用如图所示的装置验证机械能守恒定律。图中AB是固定的光滑斜面，倾角为30，1和2是固定在斜面上的两个光电门（与它们连接的光电计时器没有画出）。
10、让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1和2的光电计时器显示的挡光时间分别为5.0010-2s、2.0010-2s，已知滑块质量为2.00kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00cm，光电门1和2之间的距离为0.54m，取g=9.8m/s2，取滑块经过光电门时的速度为平均速度，求：（1） 滑块经过光电门1和2时的速度v1= m/s，v2= m/s；（2） 滑块经过光电门1和2之间的动能增加了 J，重力势能减少了J。6.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
11、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 。7. 用如图所示实验装置验证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。下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），计数点间的距离如图所示已知m1=50g、m2=150g，则（g取9.8m/s2，结果保留三位有效数字）（1） 在纸带上打下记数点5时的速度v5= m/s；（2） 在打点05过程中系统动能的增量EK= J，系统势能的减少量EP= J，由此得出的结论是 ；（3）若某同学作出图象如图所示，则当地的实际重力加速度g= m/s2
