2019-2020年高中物理 第七章 机械能守恒定律 第9节 实验：验证机械能守恒定律教学案 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9节实验：验证机械能守恒定律教学案新人教版必修2一、实验目的1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。2．掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。二、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：1．以物体下落的起始点O为基准，测出物体下落高度h时的速度大小v，若mv2＝mgh成立，则可验证物体的机械能守恒。2．测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，若关系式mv22－mv12＝mgh成立，则物体的机械能守恒。三、实验器材铁架台(带

2、铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。四、实验步骤1．安装置：按图791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。图7912．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。更换纸带重复做3次～5次实验。3．选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2mm的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2mm的第一个点作为起始点，记作O，在距离O点较远处再依次选出计数点1、2、3…4

3、．测距离：用刻度尺测出O点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3…五、数据处理1．计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3…再根据公式vn＝，计算出1、2、3、4、…n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4、…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mvn2，计算ghn和vn2，如果在实验误差允许的范围内ghn＝vn2，则机械能守恒定律得到验证。方法二：任取两点A

4、、B。从A点到B点，重力势能减少量为mghA－mghB，动能增加量为mvB2－mvA2，计算ghAB和vB2－vA2，如果在实验误差允许的范围内ghAB＝vB2－vA2，则机械能守恒定律得到验证。方法三：图像法。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v2h图线，如图792所示。若在误差许可的范围内图像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792六、误差分析1．在进行长度测量时，测量及读数不准造成偶然误差。2．系统误差的主要来源是重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机

5、械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。3．由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生系统误差。七、注意事项1．应尽可能控制实验，满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，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，使空气阻力减小。2．实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直。接通电源后，等打点计时器工作稳定再松开纸带。3．纸带的选取(1)以第一个点为起点时，要验证的是

6、mvn2＝mghn，必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距为h＝gt2＝×10×(0.02)2m＝2mm。(2)以下落中某点为起点时，要验证的是mvm2－mvn2＝mghmn，这时选择纸带不需要满足两点间距为2mm。4．计算速度时不能用v＝gt或v＝，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。5．测量下落高度时，为减小实验误差，后边的点应距起点O较远，在测量各点到O点的距离时，应当用刻度尺从O点量起，一次性读出各点到O点的距离。[例1]　在做“验证机械能守恒定律”的实验时，发现重物减少的重力势能总是略大于重物增加的动

7、能，造成这种现象的原因是(　　)A．选用的重物质量过大B．选用的重物质量过小C．空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力D．实验时操作不规范，实验数据测量不准确[解析]　造成题中所述误差的主要原因是来自于各方面的阻力，选项C正确。[答案]　C[例2]　(全国乙卷)某同学用图793(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz。打出纸带的一部分如图(b)所示。图793该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算。(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利

8、用f和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为______