高中物理 第七章 机械能守恒定律 第九节 实验 验证机械能守恒定律学案(新人教版)必修2.doc

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1、第九节　实验：验证机械能守恒定律[学生用书P87]一、实验目的　利用自由落体运动验证机械能守恒定律．二、实验原理1．如图甲所示，借助打点计时器打出的纸带，测出物体自由下落的高度h和该时刻的速度v，以纸带上的第n个点为例，如图乙中的纸带，打第n个计数点时的瞬时速度等于以该时刻为中间时刻的某一段时间内的平均速度．即vn＝＝.　甲　　　　　　　　　　　乙　　2．物体下落的高度为h时速度为v，则物体的重力势能减小量为mgh，动能增加量为mv2，如果mgh＝mv2，即gh＝v2，就验证了机械能守恒定律．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，复写纸，导

2、线，毫米刻度尺，学生电源．四、实验步骤1．安装置：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与低压交流电源相连接．2．接电源，打纸带：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，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落．重复几次，打下3～5条纸带．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．测距离：用刻度尺测出O点到点1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3…

3、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．机械能守恒的验证法一：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的范围内ghn＝v，则机械能守恒定律得到验证．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

4、许的范围内ghAB＝v－v，则机械能守恒定律得到验证．法三：图象法．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v2－h图线．若在误差许可的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．六、误差分析1．偶然误差：测量相关长度时带来的，减小的方法是多测几次取平均值．2．系统误差：实验过程中要克服阻力(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.再者，交流电的频率f不是50Hz也会带来系统误差．若f＞50Hz，由于速度值仍按频率为50Hz计算，频率的计算值比实际值偏小，周期值偏大，

5、算得的速度值偏小，动能值也就偏小，使Ek＜Ep的误差进一步加大；根据同样的道理，若f＜50Hz，则可能出现Ek＞Ep的结果．七、注意事项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，可使空气阻力减小．3．实验时，应先接通电源，让打点计时器工作正常后再松开纸带让重物下落．4．本实验中的三种验证方法中，均不需要测重物的质量m.5．速度不能用v＝gt或v＝计算，而应用vn＝进行测量并计算．　　　　　　　对实验操作的考查[学生用书P88]用如图所示的实验装置验证机械能守

6、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．重物从高处由静止开始落下，重物上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．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端上；C．用天平测量出重物的质量；D．释放纸带，同时接通电源开关打出一条纸带；E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于重物增加的动能．指出其中没有必要进行或者操作不恰当的步骤，并说明原因．[解析]　本题是对实验操作步骤的考查．仔细分

7、析可知，步骤B是错误的，应该接到电源的交流输出端；步骤D是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带；步骤C没必要，根据测量原理，重物的动能和势能中都包含了质量m，可以约去．[答案]　见解析　　　　　　　实验数据分析与处理[学生用书P88]某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地重力加速度大小为g＝9.80m/s2.实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示，纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值．回答下列