2019-2020年高中物理 第七章 机械能守恒定律 第19课时 实验：验证机械能守恒定律学案新人教版必修2

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1、2019-2020年高中物理第七章机械能守恒定律第19课时实验：验证机械能守恒定律学案新人教版必修2【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．【学习任务】一、实验步骤1．安装置：按图1甲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．先接通电源后放手，让重物拉着纸带自由下落．重复几次，得到3～5条打

2、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2mm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…….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…….二、数据处理1．计算各点对应的瞬时速度：根据公式vn＝，计算出1、2、3、……、n点的瞬时速度v1、v2、v3、……、vn.2．机械能守恒验证：方法一：利用起始点和第n点．从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为mv，计算ghn和v，如果在实验误差允许范围内ghn

3、＝v，则机械能守恒定律得到验证．方法二：任取两点A、B.从A点到B点，重力势能减少量为mghA－mghB，动能增加量为mv－mv，计算ghAB和v－v，如果在实验误差允许范围内ghAB＝v－v，则机械能守恒定律得到验证．方法三：图象法(如图2所示)．图2计算各计数点v2，以v2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，根据实验数据绘出v2－h图线．若在误差允许范围内图象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．三、误差分析1．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

4、摩擦阻力引起的系统误差．2．测量时采取多次测量求平均值的方法来减小偶然误差，安装打点计时器使两限位孔中线竖直，并且选择质量适当大些、体积尽量小些的重物来减小系统误差．四、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．本实验中的两种验证方法均不需要测重物的质量m.5．速度不能用v＝gt或v＝计算，应根据纸带

5、上测得的数据，利用vn＝计算瞬时速度．例1某同学利用重物自由下落来“验证机械能守恒定律”的实验装置如图3甲所示．图3(1)请指出实验装置中存在的明显错误：____________.(2)进行实验时，为保证重物下落时初速度为零，应________(选填“A”或“B”)．A．先接通电源，再释放纸带B．先释放纸带，再接通电源(3)根据打出的纸带，选取纸带上连续打出的1、2、3、4四个点如图乙所示．已测出1、2、3、4到打出的第一个点O的距离分别为h1、h2、h3、h4，打点计时器的打点周期为T.若代入所测数据能满足表达式gh3＝_

6、___________，则可验证重物下落过程机械能守恒(用题目中已测出的物理量表示)．例2用如图4所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量及相关计算，即可验证机械能守恒定律．图4(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．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C．用天平测出重锤的质量；D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E．测量纸带上某些点间的距离

7、；F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．其中没有必要进行或者操作不当的步骤是____________________．(2)在一次实验中，质量为m的重锤自由下落，在纸带上打出一系列的点，如图乙所示(相邻计数点时间间隔为0.02s)，长度单位cm，那么从起点O到打下计数点B的过程中重力势能的减少量ΔEp＝________J，此过程中重锤动能的增加量ΔEk＝________J(g取9.8m/s2，结果数据均保留至小数点后两位)；通过计算，数值上ΔEp________ΔEk(填“＞”“＝”或“＜”)

8、，这是因为__________________________________．例3在验证机械能守恒定律的实验中，质量为m＝1.00kg的重锤拖着纸带下落，在此过程中，打点计时器在纸带上打出一系列的点，在纸带上选取五个连续的点A、B、C、D和E，如图5所示．其中O为重锤开始下落时记录的点，