第9节实验：验证机械能守恒定律（检测单）.doc

第七章 机械能守恒定律第9节 实验：验证机械能守恒定律学习目标1会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度2掌握验证机械能守恒定律的实验原理3通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证的过程和物理学的研究方法。4通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。培养观察和实践能力，培养实事求是的科学态度。学习重点1. 掌握验证机械能守恒定律的实验原理。2. 验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。一、前测，自学案1.实验目的：验证机械能守恒定律2.实验原理：(1)只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总的机械能守恒.利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h及计算出瞬时速度v，从而验证物体在自由下落过程中重力势能的减少量Ep= 与物体动能的增加量Ek= 相等。(2)纸带上某两点的距离等于重物下落的 ，这样就能得到下落过程中势能的变化。再测出这两点的速度，从而得到它在各点的动能。比较这两点动能变化和势能变化，就能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)；纸带；复写纸片；导线；毫米刻度尺；低压交流电源。4.实验步骤：（1）装置：竖直架稳打点计时器，使打点计时器限位孔与纸带在同一直线上，以减小纸带受到的阻力。（2）将长约1 m的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打点计时器，用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方。（3）接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点。（4）换几条纸带，重做上面的实验。（5）在取下的纸带中挑选第一、二两点间距离接近 mm且点迹清楚的纸带进行测量，先记下第一点O的位置，再任意取五个点1、2、3、4、5用刻度尺测量距O点的相应距离如图所示：为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60 cm80 cm之内.（6）用公式计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3（7）利用公式Ep=mgh计算出各计数点与第一个点的重力势能的减少量。（8）比较动能增加量及重力势能的减少量的大小，看一看在误差允许的范围内两者是否相等，从而验证机械能是否守恒。因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量。4.实验误差的来源与分析（1）实验中，重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，使得动能的增量必定稍小于重力势能减少量，造成系统误差.（2）再者，实验中长度的测量也可造成 误差.（3）其次，实验操作过程中，能否保证纸带上第一、二两个实验点间距等于2 mm,以确保打第一点时重锤速度为零，也是误差形成因素之一.疑惑摘要预习之后，你还有哪些没有弄清的问题，请记下来，课堂上我们共同探讨二、中测，探究案1. 本实验选择自由落体运动模型来验证机械能守恒定律的原因是什么？2. 本实验的实验原理是什么？3、 为了减小实验误差，应尽量减小重物下落时纸带所受的阻力。因此重锤应怎样选择？纸带应如何放置？4、重物的速度如何测量？5、实际实验时，得出重力势能的减少量和动能的增加量的关系是怎样的？原因是什么？6、测量下落高度时，某同学认为都必须从起始点算起，不能弄错。他的看法正确吗？为了减小测量 h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好，还是近些好？三、后测，训练案类题：下列题目，你必须认真完成（限时15分钟）1在“用打点计时器验证重锤做自由落体运动的过程中机械能守恒”的实验中，需要直接测量的数据是重物的 ( )A质量 B下落高度 C下落时间 D即时速度2.利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中，下面叙述正确的是（ ）A.应该用天平称出物体的质量B.应该选用点迹清晰的纸带C.操作时应先接通电源然后放开纸带D.打点计时器应接在电压为46 V的直流电源上3在“用打点计时器验证重锤做自由落体运动的过程中机械能守恒”的实验中，对于自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利？ ( )A只要足够重就可以 B只要体积足够小就可以C既要重，又要体积小 D应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲4用小车沿光滑斜面下滑的方法验证机械能守恒时，小车下滑的高度是由下列哪种方法得到的 ( )A米尺直接测小车下滑高度B米尺直接从纸带上测出C米尺从纸带上测出小车的斜面位移再乘以sin，即D用小三角板从纸带上测出5用自由落体验证机械能守恒的实验中，对实验结果影响最大的因素是( )A纸带克服摩擦力做了功。B纸带下落的时间太短。C纸带下落的高度h测量不太准确。D打点周期极不稳定。类题：下列题目，你可以选择完成（限时20分钟）6利用打点计时器所获得的打点的纸带如图所示，A、B、C是计数点，相邻计数点对应的时间间隔是T，对应的距离依次是s1、s2、s3下列计算打D点时的速度的表达式中正确的有 ( )A B C D7.下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是（ ）A.重锤质量的称量不准会造成较大误差B.重锤质量选用得大些，有利于减小误差C.重锤质量选用得较小些，有利于减小误差D.纸带下落和打点不能同步会造成较大误差8. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，除天平、铁架台、夹子、纸带和重物外，还需要（ ）A. 秒表 B. 刻度尺 C. 学生电源 D. 打点计时器9. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样会导致实验结果（ ）A. B. C. = D. 以上均有可能10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gt11. 纸带上已按要求选出0、1、2、3、4、5、6七个计数点，相邻计数点间的距离依次为x1、x2、x3、x4、x5、x6，则可以判断和计算出（ ）A. 计数点0对应速度v0一定为0B. 根据可计算1号点的对应速度，同理可算出v2、v3、v4、v5C. 无法计算出v0和v6的大小D. 可作出vt图象求出斜率即加速度类题：下列题目，你可以尝试完成（限时15分钟）12.在验证机械能守恒定律实验中：(1)研究对象是自由落体的重物，除下述器材：铁架台、打点计时器、纸带、重物、夹子外，还要用到的器材_ _.(2)做此实验时，有同学按以下步骤进行：固定好打点计时器，将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提住，让手尽量靠近打点计时器.松开纸带，接通电源，开始打点，并如此重复几次，取得几条打点纸带.取下纸带，挑选点迹清楚的纸带，记下起始点O点，在离O点较近处选择几个连续记数点(或计时点)并计算出各点的速度值.测出各点距O点的距离，即为下落高度.用天平称出物体的质量.计算出mghn和mv，看是否相等.在上述步骤中，多余的是_，有错误并给予更正：a_ _,b_ _, c_ _, d_ _.(3)选择纸带的要求是_，_，_.(4)实验中得到一条纸带，如图所示，当打点计时器打点c时，物体的动能表达式为_，物体势能减少的表达式为_.若等式成立_，则验证了机械能守恒定律. 13某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，