《2018-2019学年高中物理 第四章 机械能和能源 5 课时2 实验：验证机械能守恒定律学案 教科版必修2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018-2019学年高中物理 第四章 机械能和能源 5 课时2 实验：验证机械能守恒定律学案 教科版必修2（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课时2实验：验证机械能守恒定律学习目标1.验证机械能守恒定律.2.熟悉瞬时速度的测量方法.3.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因一、实验原理让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒：方案一：以物体自由下落的初始位置O为起始点，测出物体下落高度h时的速度大小v，若mv2mgh成立，则可验证物体的机械能守恒方案二：测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，v1、v2的计算方法与方案一的相同若关系式mv22mv12mgh成立，则物体的机械能守恒二、实验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸、
2、导线、毫米刻度尺、低压交流电源(46 V)三、实验步骤1安装装置：按图1甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好图12打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落重复几次，得到35条打好点的纸带3选纸带：从打好点的纸带中挑选点迹清晰且开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，在起始点标上0，以后任取间隔相同时间的点依次标上1、2、3，如图乙所示4测距离：用刻度尺测出0到1、2、3的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3.四、数据处理1计算各点对应的瞬时速度：根据
3、公式vn，计算出1、2、3n点的瞬时速度v1、v2、v3vn.2机械能守恒定律的验证方法一：利用起始点和第n点如果在实验误差允许范围内ghnvn2，则机械能守恒定律得到验证方法二：任取两点A、B.如果在实验误差允许范围内ghABvB2vA2，则机械能守恒定律得到验证方法三：图像法(如图2所示)若在实验误差允许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图2五、误差分析本实验的误差主要是由纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差六、实验注意事项1打点计时器安装要稳固，并使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力2应选用质量和密
4、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，可使空气阻力的影响相对减小3实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落4本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m.5速度不能用vgt或v计算，应根据纸带上测得的数据，利用vn计算瞬时速度.一、实验原理及基本操作例1在验证机械能守恒定律的实验中有位同学按以下步骤进行实验操作：A用天平称出重锤和夹子的质量；B固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器；C松开纸带，接通电源，开始打点并如此重复多次，以得到多条打点纸带；D取下纸带，挑选点迹清晰且开始的两点间距接近2 mm
5、的纸带，记下起始点O，在距离O点较近处选择几个连续的计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值；E测出各计数点到O点的距离，即得到重锤的下落高度；F计算出mghn和mvn2，看两者是否相等在以上步骤中，不必要的步骤是_有错误或不妥的步骤是_(填写代表字母)更正情况是：_；_；_；_.答案ABCDFB中手应抓住纸带末端，让重锤尽量靠近打点计时器C中应先接通电源，再松开纸带D中应选取离O点较远的点F中应计算ghn和vn2的值解析A步骤不必要，不称量重锤的质量也可验证机械能守恒定律；B步骤中应让重锤尽量靠近打点计时器，而不是手靠近；C步骤中应先接通电源，后释放纸带；D步骤中应选取离O点较远的点，这样测
6、量时距离较远，测量的相对误差较小；F步骤中应计算ghn和vn2的值，若m没有测量，就不能计算出mghn、mvn2具体的值【考点】验证机械能守恒定律的实验步骤【题点】验证机械能守恒定律的实验步骤在验证机械能守恒定律的实验中，对步骤的要求主要注意以下几点：(1)安装打点计时器时要竖直且固定好，使其两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力(2)重物应选用质量和密度较大、体积较小的物体，以减小空气阻力的影响(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落针对训练(多选)用自由落体法验证机械能守恒定律，就是看mvn2是否等于mghn(n为计数点的编号0、1、2n)下列说法中正确的是(
7、)A打点计时器打第一个点0时，重物的速度应为零Bhn是计数点n到起始点0的距离C必须测量重物的质量D用vngtn计算vn时，tn(n1)T(T为打点周期)答案AB解析本实验的原理是利用重物的自由落体运动来验证机械能守恒定律，因此打点计时器打第一个点时，重物运动的速度应为零，A正确；hn与vn分别表示打第n个点时重物下落的高度和对应的瞬时速度，B正确；本实验中，不需要测量重物的质量，因为公式mghmv2的两边都有m，故只要ghv2成立，mghmv2就成立，机械能守恒定律也就被验证了，C错误；实验中应用公式vn来计算vn，D错误【考点】验证机械能守恒定律的实验原理【题点】验证机械能守恒定律的实验原
8、理二、数据处理及误差分析例2某实验小组“用落体法验证机械能守恒定律”，实验装置如图3甲所示实验中测出重物自由下落的高度h及对应的瞬时速度v，计算出重物减少的重力势能mgh和增加的动能mv2，然后进行比较，如果两者相等或近似相等，即可验证重物自由下落过程中机械能守恒请根据实验原理和步骤完成下列问题：图3(1)关于上述实验，下列说法中正确的是_A重物最好选择密度较小的木块B重物的质量可以不测量C实验中应先接通电源，后释放纸带D可以利用公式v来求解瞬时速度(2)如图乙是该实验小组得到的一条点迹清晰的纸带，纸带上的O点是起始点，选取纸带上连续的点A、B、C、D、E、F作为计数点，并测出各计数点到O点的
9、距离依次为27.94 cm、32.78 cm、38.02 cm、43.65 cm、49.66 cm、56.07 cm.已知打点计时器所用的电源是50 Hz的交流电，重物的质量为0.5 kg，则从计时器打下点O到打下点D的过程中，重物减小的重力势能Ep_ J；重物增加的动能Ek_ J，两者不完全相等的原因可能是_(重力加速度g取9.8 m/s2，计算结果保留三位有效数字)(3)实验小组的同学又正确计算出图乙中打下计数点A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度v，以各计数点到A点的距离h为横轴，v2为纵轴作出图像，如图丙所示，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的物体机械能守恒的依据是_答案(1)BC(
10、2)2.142.12重物下落过程中受到阻力作用(3)图像的斜率等于19.52，约为重力加速度g的两倍，故能验证解析(1)重物最好选择密度较大的铁块，故A错误本题是以自由落体运动为例来验证机械能守恒定律，需要验证的方程是mghmv2，因为我们是比较mgh、mv2的大小关系，故m可约去，不需要用天平测量重物的质量，操作时应先接通电源，再释放纸带，故B、C正确不能利用公式v来求解瞬时速度，否则体现不了实验验证，却变成了理论推导，故D错误(2)重力势能减小量Epmgh0.59.80.436 5 J2.14 J利用匀变速直线运动的推论：vD m/s2.91 m/s，EkDmvD20.52.912 J2.
11、12 J，动能增加量EkEkD02.12 J由于存在阻力作用，所以减小的重力势能大于增加的动能(3)根据表达式mghmv2，则有v22gh；当图像的斜率为重力加速度的2倍时，即可验证机械能守恒，而图像的斜率k19.52，约为9.8的2倍，因此能粗略验证自由下落的物体机械能守恒【考点】验证机械能守恒定律的数据处理和误差分析【题点】验证机械能守恒定律的数据处理和误差分析三、创新实验设计例3利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图4所示图4(1)实验步骤：将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平用游标卡尺测出挡光条的宽度l9.30 mm.由导轨标尺读出两光电门中心间的
12、距离s_ cm.将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2.从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间t1和t2.用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.(2)用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式滑块通过光电门1和光电门2时，瞬时速度分别为v1_和v2_.当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1_和Ek2_.在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量Ep_(重力加速度为g)(3)如果Ep_，则可认为验证了机械能守恒定律答案(
13、1)60.00(答案在59.9660.04之间的，也正确) (2)(Mm)2(Mm)2mgs(3)Ek2Ek1解析(1)距离s80.30 cm20.30 cm60.00 cm.(2)由于挡光条宽度很小，因此可以将挡光条通过光电门时的平均速度当成瞬时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间t可从数字计时器上读出因此，滑块通过光电门1和光电门2时的瞬时速度分别为v1，v2.当滑块通过光电门1和光电门2时，系统的总动能分别为Ek1(Mm)v12(Mm)2；Ek2(Mm)v22(Mm)2.在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量Epmgs.(3)如果在误差允许的范围内EpEk2Ek1，则可认为验证了机械能守恒定律【考点】验证机械能守恒定律的拓展创新实验【题点】验证机械能守恒定律的拓展创新实验1(实验器材及误差分析)如图5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、带铁夹的重锤回答下列问题：图5(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有_(填入正确选项前的字母)A米尺B秒表C低压直流电源D低压交
