高中物理 第七章 机械能守恒定律 第9节同步学案 新人教版必修2

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1、第9节　实验：验证机械能守恒定律　　一、实验目的验证机械能守恒定律．二、实验原理在只有重力作用的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总机械能守恒．方法1：若某一时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高度为h，则应有mgh＝mv2，借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒．方法2：任意找两点A、B，分别测出两点的速度大小vA、vB以及两点之间的距离d.若物体的机械能守恒，应有ΔEp＝ΔEk.测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点的前、后相邻的

2、两段相等时间T内下落的距离sn和sn＋1，由公式vn＝，或由vn＝算出．三、实验器材铁架台(带铁夹)，打点计时器，重物(带纸带夹子)，纸带数条，复写纸片，导线，毫米刻度尺．除了上述器材外，还必须有学生电源(交流4～6V)．四、实验步骤1．按图7－9－1把电火花打点计时器安装在铁架台上，用导线把电火花打点计时器与学生电源连接好．图7－9－12．把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近．3．实

3、验中，需保持提纸带的手不动，待接通电源，打点计时器工作稳定后才松开纸带让重物带着纸带自由下落．4．重复几次，得到3～5条打好点的纸带．5．在打好点的纸带中挑选点迹清晰且第1、2两计时点间距离接近2mm的一条纸带，在起始点标上O，再在相距距离较大处开始，选取相邻的几个计数点依次标上1,2,3……用刻度尺测出对应下落的高度h1、h2、h3……6．应用公式vn＝计算各点对应的即时速度v1、v2、v3……7．计算各点对应的势能减少量mghn和动能增量mv，进行比较，并讨论如何减小误差．五、注意事项1．打点

4、计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力．2．实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，让打点计时器工作正常后才松开纸带让重物下落，以保证第一个点是一个清晰的小点．3．选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近2mm的纸带．4．测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能搞错，为了减小测量值h时的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不宜过长，有效长度可在60cm～80cm以内．5．因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量．六、误差分析1．偶然误差测量长度

5、时会带来误差，减少误差的办法是：(1)测距离时都应从第一个点O量起．(2)多测几次取平均值．2．系统误差实验中重物和纸带在下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量ΔEk必定稍小于势能的减少量ΔEp.七、数据处理的方法1．公式法：本实验中不需要测出物体的质量m，只需要验证ΔEp＝ΔEk，mgh＝mv2，即v2＝gh即可．2．图象法：我们可以以v2为纵轴，以h为横轴，建立平面直角坐标系，将实验得到的(h，v2)描于坐标平面内，然后来描合这些点，应该得到一条过原点的直线，这是本

6、实验中另一处理数据的方法.　　1.探究机械能是否守恒时，一般如何选择物体运动过程来验证？选用重物自由下落的情景来验证机械能是否守恒，可选择从静止开始到下落高度较大的位置的过程来探究，要验证的表达式为mgh＝mv2.此时必须选取第一、二两点的距离接近2mm的纸带．因为打点计时器每隔0.02s打一次点，在这段时间内纸带下落的距离为h＝gT2≈0.002m.也可以选择重物下落过程中的两个状态之间的过程来探究．验证时测定从初状态到末状态动能的增加量mv－mv和重力势能的增加量mg(h1－h2)，即要验证的

7、表达式为m(v－v)＝mg(h1－h2)．如实验中给出的纸带不完整(如开始一段撕去)，可用此法．2．要确定物体的动能，需测出物体下落一定高度时的速度．根据已学过的知识，可有三种方法：(1)vn＝(2)vn＝gtn(3)vn＝是否以上三种方法都可以确定物体的动能呢？第(1)种方法是根据机械能守恒定律mgh＝mv2得到的，而我们的目的是验证机械能守恒定律，显然这种方法不能用．第(2)种方法认为加速度为g，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际下落的加速度必将小于g，而下落高度h是直接测量的，这样将得到机械

8、能增加的结论，故这种方法也不能用．总之，本实验中速度看似有很多种方法可求得，但正确的只有一种，即从纸带上直接求出物体实际下落的速度，也就是第(3)种方法，而不能用理论计算，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h＝gt2或h＝计算得到.一、重力势能的减少量和动能的增加量的求解例1在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用的电源频率为50Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80m/s2，测得所用的重物质量为1.00kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第