高中物理一轮复习 第6章 第6讲 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、第六讲实验六　验证机械能守恒定律图4－6－11．实验目的：学会用打点计时器验证机械能守恒定律的实验方法和技巧．2．实验原理：在只有__________的自由落体运动中，物体的____________可以相互转化．但总的机械能守恒，若物体某时刻瞬间速度为v，下落高度为h，恒有mgh=mv2/2故只需借助打点计时器，测出重物某时刻的__________和该时刻的_____________即可验证机械能是否守恒．3．实验器材：铁架台(带铁夹)、打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸片、__________、导线、低压交

2、流电源．4.实验过程：（见复习指导）一、实验过程　　(1)按图4-6-1所示把打点计时器安装在铁架台上，连好电源．(2)把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器限位孔;用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近．　　(3)接通电源，先打开打点计时器的开关，后松手让重锤带着纸带自由下落．　　(4)重复几次，得到3～5条打好点的纸带．二、注意事项　　(1)安装打点计时器时，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，必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源：让打点计时器工作稳定后再

3、松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点．　　(3)测量高度h时，应从起始点算起，为减小h的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带不宜过长，有效长度可60～80cm．　　(4)因为是通过比较mv2/2和mgh是否相等验证机械能是否守恒，故不需要测量重锤的质量．三、数据处理　　在已经打好的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在起始点标上O，以后各点依次标上1,2,3,…用刻度尺测出对应下落高度、、…，计算各点对应的瞬时速度、、…，计算瞬时速度时应注意，可以测出第n点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离和,由公式计算出，或由公式

4、计算出第n点的瞬时速度，然后计算各点对应的势能减少量mghn和动能增量mvn2/2进行比较．计算时不需要测量出重锤质量m．　　这个实验也可以用纸带上任意两点，第N点和第N+M点的机械能总量是否相等来验证机械能守恒定律，仍先计算出各点对应的下落高度h1、h2、h３…hN…hN+M…方法同上，再计算出各点对应的瞬时速度，v1、v2、v3…vN…vN+M…方法同上，然后计算打N点时机械能总量EN=mvn2/2+mghn和N+M点机械能总量EN+M=mvN+M2/2+mghN+M，如果机械能守恒，则应有EN=EN+M即mvn2

5、/2+mghn=mvN+M2/2+mghN+M只要证明出m(vN+M2-vN2)/2=mg(hn-hN+M)即可　　四、误差分析　　本实验把重锤带动纸带的下落作为自由落体运动处理，实际上由于存在摩擦阻力一定会使结果出现偏差．因为实际计算出来的速度vn应小于无其他阻力时对应于该点的速度，也就是说最终结果应当出现动能增量mvn2/2略小于重力势能减小量mghn．　　在计算任意一点的瞬时速度vn时，采用的方法是或的方法，而没有用vn=n·gt的方法计算，也是出此考虑，如果用vn=n·gt计算第n点速度，实际上是用理论的g值代

6、替了实际上的加速度a,且a＜g，则vn结果将会偏大，再者做这个实验时是先接通电源，再放手，可能造成纸带上记录的最初两点之间的时间间隔小于0．02s用vn=n·gt计算时仍按0．02s计算，也会使vn值偏大，无论怎样，使用vn=n·gt计算瞬时速度都将使动能增量的计算值偏大．【例题1】有位同学用落体法做验证机械能守恒定律的实验，他挑选一条第1、2两点之间的距离最接近2mm的纸带进行处理．设第一个点为A，第n个点为B，测量出AB之间的距离为h，因为从开始下落到B点经过打点计时器的时间是（n-1）×0．02s，所以根据自由落

7、体运动的规律vB=gt=0．02g(n-1)m/s,如果有mgh=mvB2,gh=vB2，即可认为验证了机械能守恒定律：这位同学的验证思路对吗？为什么？解析：这位同学用vB=gt来计算B点通过打点计时器时重物的速度是不妥当的．因为从这个速度公式可以直接推导出机械能守恒的结论，设重物在t时间内的平均速度是=,vB=gt=g=g,vB2=gt,即mvB2=mgh，在验证某一个物理定律的实验中，用到一个可直接推导出该物理规律（即和该物理定律等价）的公式在逻辑上是不适合的．答案：不对图4－6－2【例题2】　在“验证机械能守恒定

8、律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g=9．80m·s-2，测得所用的重物的质量为1．00kg．实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点．如图4-5-2所示，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62．99cm、70．18cm、77．7