2018_2019学年高中物理第2章能的转化与守恒第3节第1课时实验：机械能的转化和守恒的实验探究学案鲁科版必修

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1、第1课时　实验：机械能的转化和守恒的实验探究阅读教材第33页，知道实验原理、实验器材、实验步骤及数据处理。实验目的1.会用打点计时器打下的纸带计算物体的运动速度和位移。2.探究自由落体运动物体的机械能守恒。实验原理让物体自由下落，在忽略阻力情况下，探究物体的机械能守恒，有两种方案探究物体的机械能守恒：(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mgh＝mv－mv成立，则物体的机械能守恒。实验器材　铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、低压交流电源(4～6V)

2、、重物、毫米刻度尺、纸带(带夹子)、复写纸片、导线。实验过程一、实验步骤1.安装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。图12.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，10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3～5次实验。3.选纸带分两种情况：(1)应选点迹清晰且1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带。若1、2两点间的距离大于2mm，这是由先释放纸带，后接通电源造成的。这样，第1个点就不是运动的起始点了，纸带上第1个点对应的动能就不等于零。原理式mgh＝mv2就不成

3、立了。(2)用mgΔh＝mv－mv验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用。4.测距离：用毫米刻度尺测出O点到1、2、3…各计数点的距离，求出重物对应于各点下落的高度h1、h2、h3…并将各点对应的高度填入设计的表格中。二、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…再利用匀变速直线运动公式vn＝，计算出1、2、3、4…n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4、…vn

4、。2.实验验证方法一：利用起始点O和n个计数点，分别计算出各点对应的重力势能和动能。设起始点O处的重力势能为零，则各计数点处的重力势能为－mghn，对应的动能为mv，如果在实验误差允许的范围内ghn＝v，则机械能守恒。方法二：任意选取两点A、B，测出hAB，计算出ghAB；再计算出vA、vB、v－v的值，如果在实验误差允许的范围内ghAB＝v－v，则机械能守恒。图210方法三：图象法。从纸带上多选取几个计数点，测量出O点(起始点)到其余各计数点的距离(物体下落的高度)h并计算出各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2－h图线。若在误差允许的范围内图象是一条过原

5、点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。误差分析1.在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差。2.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误差。注意事项1.打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力。2.重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。3.一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落。4.测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝，不能用vn＝或

6、vn＝gt来计算。　实验原理与操作[精典示例][例1]如图3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：图310(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有________。(填入正确选项前的字母)A.米尺B.秒表C.0～12V的直流电源D.0～12V的交流电源(2)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材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.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带E.测量纸带上某些点间的距离F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能

7、是否等于增加的动能其中操作不当的步骤是________________。(3)实验中误差产生的原因有____________________________________(写出两个原因)。(4)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图4所示。使用交流电源的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a＝______。(用s1、s2、s3