9 实验：验证机械能守恒定律.docx

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1、9实验：验证机械能守恒定律学习目标1.验证机械能守恒定律.2 .熟悉瞬时速度的测量方法.3.能正确进行实验操作，分析 实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因.新知探究点点落实知识探究一、实验原理做自由落体运动的物体，在下落过程中，重力势能减少，动能增加，如果重力势能的减少量 笠于动能的增加量，就验证了机械能守恒定律.二、实验器材铁架台（带铁夹）、打点计时器、重物（带夹子）、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流 电源（46 V）.三、实验步骤1. 安装装置：按图1甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好.2. 机械能守恒定律验证方法一：利用起始点和第n点.如果在

2、实验误差允许范围内ghn1V2，则机械能守恒定律得到验证.方法二：任取两点A、B.如果在实验误差允许范围内ghAB=2vB2vA，则机械能守恒定律得到验证.方法三：图象法（如图2所示）.图2若在实验误差允许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、误差分析本实验的误差主要是由纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计 时器的摩擦阻力引起的系统误差.六、实验注意事项1. 打点计时器安装要稳固，并使两限位孔的中线在同一竖直线上，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，可使空气阻力的影响相对

3、减小.3. 实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落.4. 本实验中的两种验证方法均不需要测重物的质量m.5. 速度不能用v = gt或0=寸氧计算，应根据纸带上测得的数据，利用气=n却n 1计算 瞬时速度.典例精析重点难点个个击破点(或计时点)，并计算出各点的速度值E. 测出各计数点到0点的距离，即得到重锤下落的高度F. 计算出mghn和1mv2，看两者是否相等在以上步骤中，不必要的步骤是.有错误或不妥的步骤.(填写代表字母)更正情况： ; ; ; .解析 A步骤可有可无，不称量重物的质量也可验证机械能守恒定律；B步骤中应让重物尽 量靠近打点计时器，而不是手靠近；C步

4、骤中应先接通电源，后释放纸带；D步骤中应选取 离o点较远的点，这样测量时距离较远，测量的相对误差较小；f步骤中应计算ghn和On， 若m没有测量，则mgh、mvn，就不能计算出具体的值.答案A BCDFB中手应抓住纸带末端，让重物尽量靠近打点计时器C中应先接通 电源，再松开纸带d中应选取离o点较远的点f中应计算ghn和On二、数据处理及误差分析例2用落体法验证机械能守恒定律的实验中：-mv2(1) 运用公式m2-=mgh对实验条件的要求，为此，所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近.(2) 若实验中所用重物的质量m=1 kg，打点纸带如图3所示，打点时间间隔为0.02 s，则记录B点时，重物的

5、速度vB=，重物的动能=，从开始下落起至B点时 重物的重力势能减少量，是，由此可得出的结论是(g=9.8 m/s2,结果保留三位有效数字).单位：mm0ABCDat()7.817.63L249.0)图3解析(1)重物自由下落时，在最初0.02 s内的位移应为h=1gU=2x9.8X(0.02)2 m2 mm.A C(31.2-7.8)X10-, , 11(2)vB = 2T =2X0 02 血s = 0.585 m/s ,此时重物的动能为 EB = 2mv| = 2X 1 X(0.585)2 JQ0.171 J,重物的重力势能减少量为 AEpB=mg= 1X9.8X 17.6X 10-3 JQ

6、0.172J.故在误差允许范围内机械能守恒.答案(1)重物从静止开始自由下落2 mm(2)0.585 m/s 0.171 J 0.172 J在误差允许范围内机械能守恒达标检测 当堂检测巩固反馈1. 在“利用重锤自由下落验证机械能守恒定律”的实验中，产生误差的主要原因是()A. 重锤下落的实际高度大于测量值B. 重锤下落的实际高度小于测量值C. 重锤实际末速度v大于gt(g为重力加速度，t为下落时间)D. 重锤实际末速度v小于gt答案D解析 本实验最主要的误差来自于摩擦力做功，当摩擦力做功时重锤下落到终点时机械能有 一部分损失，速度小于自由落体应该具有的速度.故正确答案为D.2. 某同学利用透明

7、直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验的简易示意图如图4所示， 当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间.所用的光电门 传感器可测的最短时间为0.01 ms.将挡光效果好、宽度为=3.8X10-3 m的黑色磁带贴在透 明直尺上，从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门.某同学测得各段黑色磁带通过 光电门的时间At.与图中所示高度差Ah，并将部分数据进行了处理，结果如表所示(g取9.8 m/s2，注：表格中M为直尺质量).图4At1(X10-3 s)dVi=AtiA11AEk.=Mv2mv2Ah.(m)MgAh.(m-s- 在验证机械能守恒定律的实验中，对于自由下

8、落的重物，下列说法正确的是()A. 只要足够重就可以B. 只要体积足够小就可以C. 既要足够重，又要体积非常小D. 应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同重物运动时不致被扭曲答案D)11.213.1421.153.300.52M0.060.58M31.003.802.24M0.232.25M40.954.003.10M0.323.14M50.904.00M0.41(1) 从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是由Vj=d求出的，请你简要分析i该同学这样做的理由.(2) 请将表格中的数据填写完整.(3) 通过实验得出的结论.(4) 根据该实验请你判断如图所示斗2i图象中正确的是()

9、答案(1)极短时间内平均速度近似等于瞬时速度(2)4.22 4.02M (3)在误差允许范围内重力势能减少量等于动能的增加量(4)C解析(1)电火花计时器使用的是220V交流电源,因此低压交流电源用不着；另外还需要用天 平测出小车的质量Md 3.8X10-3 .(2)v=：=m/s-4.22 m/s, MgAh=9.8 X 0.41M4.02M.t 0.9 X 103(3) 从表中数据可知，在误差允许范围内，动能的增加量与重力势能的减少量相等.(4) 由AE =MgAh，则动能的变化与高度成正比，C正确. k3. 为了验证机械能守恒定律，某同学设计了如图5甲所示的实验装置，并提供了如下的实验器

10、材：A.小车B.钩码C.一端带滑轮的木板 D.细线E.电火花计时器F.纸带 G.毫米刻度尺 H.低压交流电源I. 220 V交流电源小车电火花计时器m2.现要利用此装置验证机械能守恒定律.图2(1) 若选定物块A从静止开始下落的过程中进行测量，则需要测量的物理量有(填序 号). 物块的质量m1 m2； 物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间； 物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间； 绳子的长度.(2) 为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议： 软绳的质量要轻； 在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好； 尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃； 两个物块的质量之差要尽可能小.

11、以上建议中确实对提高准确程度有作用的是.(填序号)(3) 写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：.答案(1)或(2)(3)例如：“对同一高度进行多次测量取平均值”“选取受力 后相对伸长量尽量小的绳”“尽量减小滑轮的质量”“对滑轮转动轴进行润滑”“选择质量 相对较大的物块A、B”等等.(任选一个即可)6. 如图3所示，某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律.频闪仪每隔0.05 s 闪光一次，用毫米刻度尺测得相邻两个时刻小球上升的高度分别为 = 26.3 cm, h2=23.68 cm, h3 = 21.16 cm, h4= 18.66 cm, h5 = 16.04

12、cm,该同学通过计算得到不同时刻的速度如下上面测量高度的五个数据中不符合有效数字读数要求的是 段，应记作cm.(2)由频闪照片上的数据计算上时刻小球的速度v2= m/s.(计算结果保留三位有效数 字)从t2到t5时间内，重力势能增量AEp= J,动能减少量AEk= J.(计算 结果保留三位有效数字)(4) 在误差允许的范围内，若AEp与AEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律.由上述计算所得AEpAEk(选填”、”或“ = ”)，造成这种结果的主要原因是答案(1)h1 26.30 (2)5.00 (3)0.622 0.648(4) 上升过程中有空气阻力做负功(或受到空气阻力)解析(1)从题中可

13、得测量工具是毫米刻度尺，所以h1在有效数值要求上有错误，应记作26.30cm.(2)做匀变速直线运动过程中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，所以有：v2 (3)根据重力做功和重力势能的关系有：AEp=mg(h2+h3+妇Q0.622 J AEk=|m v22m v2 0.648 J.丹Hk.7. 如图4为利用气垫导轨(滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略)验证机械能守恒定律的实 验装置，完成以下填空.光电门1 光电门2挡光条寸滑块品广细线| F气垫导轨导轨标尺定滑轮狼码图4实验步骤如下： 将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m,将导轨调至水平. 测出挡光条的宽度/和两光电门中心之

14、间的距离s. 将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已 通过光电门2. 读出滑块分别通过光电门1和光电门2的挡光时间&和&2. 用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m. 滑块通过光电门1和光电门2时，可以确定系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动 能分别为Ek1=和Ek2=. 在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量%=.(重力加速 度为g) 如果满足关系，则可认为验证了机械能守恒定律.答案|(M+m)()2 2(M+m)()2 mgs 12 Hp=Ek2-Ek1解析 滑块通过光电门的速度l lV1=&弓=&2所以

15、 Ek1=2(M+m)v2=|(M+m)(lf)2Ek2=|(M+ m)v2=2(M+m)(土)2 系统重力势能的减少量等于托盘和砝码重力势能的减少量AEp=mgs. 若AEp=Ek2Ek1，则验证了机械能守恒定律.2.打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直 提起纸带使重物停靠在打点计时器附近.先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下 落.重复几次，得到35条打好点的纸带.3.选纸带：从打好点的纸带中挑选点迹清晰且开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，在起 始点标上0，以后任取间隔相同时间的点依次标上1、2、3.4.测距离：用刻度尺测出0到1、2、3的距离，即为对应下落的高度hh2、h.四、数据处理hh1. 计算各点对应的瞬时速度：根据公式v= n%T i计算出】、2、3 4点的瞬时速度 一、实验原理及基本操作例1在“验证机械能守恒定律”的实验中，有位同学按以下步骤进行实验操作：A. 用天平称出重锤和夹子的质量B. 固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计 时器C. 松开纸带，接通电源，开始打点，并如此重复多次，以得到几条打点的纸带D. 取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点0,在距离0点较近处选择几个连续计数