实验验证机械能守恒定律导学案.doc

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1、实验六　验证机械能守恒定律一、实验原理如图所示，质量为m的物体从O点自由下落，以地面作为零重力势能面，如果忽略空气阻力，下落过程中任意两点A和B的机械能守恒即mv＋mghA＝mv＋mghB还可写成mv－mv＝mghA－mghB.等式说明，物体重力势能的减少等于动能的增加．为了方便，可以直接从开始下落的O点至任意一点(如图1中A点)来进行研究，这时应有：mv＝mgh，即为本实验要验证的表达式，式中h是物体从O点下落至A点的高度，vA是物体在A点的瞬时速度．二、实验器材打点计时器，低压交流电源，带有铁夹的铁架台，

2、纸带，复写纸，带夹子的重物，刻度尺，导线两根．三、实验步骤1．安装置：按图2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．2．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．图2更换纸带重复做3～5次实验．3．选纸带：分两种情况说明(1)用mv＝mghn验证时，应选点迹清晰，且1、2两点间距离略小于或接近2mm的带．(2)用mv－mv＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选

3、择适当的点为基准点，只要后面的点迹清晰就可选用．四、数据处理方法一：利用起始点和第n点计算代入mghn和mv，如果在实验误差允许的条件下，mghn和mv相等，则验证了机械能守恒定律．方法二：任取两点计算(1)任取两点A、B测出hAB，算出mghAB.(2)算出mv－mv的值．(3)在实验误差允许的条件下，若mghAB＝mv－mv，则验证了机械能守恒定律．方法三：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出v2－h图线．若

4、在误差允许的范围内图线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．五、误差分析1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(如空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差．改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值来减小误差．六、注意事项1．打点计时器要稳定的固定在铁架台上，

5、打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，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．实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，先接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带．4．测下落高度时，要从第一个打点测起，并且各点对应的下落高度要一次测量完．5．速度不能用vn＝gtn或vn＝计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用vn＝gtn计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加

6、的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算．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hn＝gt或hn＝计算得到．　例1：用如图:实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．如图给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离已在图中标出．已知m1＝50g、m2＝150g，则(g取10m/s2，

7、结果保留两位有效数字)(1)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．将打点计时器接到直流电源上C．先释放m2，再接通电源打出一条纸带D．测量纸带上某些点间的距离E．根据测量的结果，分别计算系统减少的重力势能和增加的动能其中操作不当的步骤是__________(填选项对应的字母)．(2)在纸带上打下计数点5时的速度v＝______m/s；(3)在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统势能的减少量ΔEp＝______J，由此得出的结论是________________

8、_____________________________________(4)若某同学作出v2－h图象如图9所示，写出计算当地重力加速度g的表达式________________，并计算出当地的实际重力加速度g＝________m/s2.例2．关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法正确的是(　　)A．实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越少，误差就越小B