79实验验证机械能守恒定律

1、宜兴市高一年级物理学科教学模式导学案学科物理 | 执教 |班级课题第9节 实验：验证机械能守恒定律学习目标：1培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度。2. 通过验证机械能守恒定律进一步加深对机械能守恒条件的理解。教学重点与难点：1.验证机械能守恒定律的实验原理和步骤。师生个性化整理2.验证机械能守恒定律实验的注意事项。主要内容：一、实验原理物体在h由下落过程屮，重力势能减少，动能增加。如果忽略空气阻力，只有 重力做功，物体的机械能守恒，重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为ni,借助打点计时器打下纸带，由纸带测算出至某时刻下落的高度h及该时刻的 瞬时速度v；进而求得重力势能

2、的减少量| aep |二mgh和动能的增加量厶 ek=1/加比较| aep |和aek,若在误差允许的范围内相等,即可验证机械能守 恒。测定第n点的瞬时速度vm依据“物体做匀变速直线运动，在某段时间内的 平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度”，用公式vn二(hn+l-hn-l) /2t计算 (t为打下相邻两点的时间间隔)。二、实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器),交流电源,纸带(复写纸片),重物(带纸带夹子)，导线，刻度尺，铁架台(带夹子)。一纸带电火花 计时器三、实验步骤(1) 按图装置i古i定好计时器，并用导线将计时器接到 电压合适的交流电源上(电火花计时器要接到220 v交 流电源

3、上，电磁打点计吋器耍接到4 v6 v的交流低压电源上)。(2) 将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端 穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止 在靠近计时器的地方。(3) 接通电源，松开纸带，让重物白由下落，计时器 就在纸带上打下-系列小点。(4) 换几条纸带，重做上面的实验。(5) 从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间的 距离接近2 mm fl.点迹清晰的纸带进行测量。(6) 在挑选出的纸带上，先记下打笫一个点的位置0(或a), 再任意选取儿个点1、2、3(或b、c、d)等，用刻度尺量出各点 到0的距离h】、h2、ph等,如图所示。(7) 用公式vf (hn-hn-j /2

4、t计算岀各点对应的瞬时速度5、v2、v3 等。计算出各点对应的势能减少w： mgh和动能的增加量l/2mvn2的值，进行比鮫, 得出结论。四、实验记录五、实验结论在只有重力做功的情况下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但机械能 的总量保持不变。六、实验注意事项(1) 计时器要竖直地架稳、放正。架稳就是要牢固、稳定。重物下落时它不振动; 放正就是使上下两个限位孔在同一竖直平面內一条竖直线上与纸带运动方向相 同，以减小纸带运动吋与限位孔的摩擦(可用手提住固定好重物的纸带上端，上下 拉动纸带，寻找一个手感阻力最小的位置)。(2) 打点前的纸带必须平直，不要卷1111，否则纸带在下落时会卷到计时器的

5、上边 缘上，从而增人了阻力，导致实验误差过人。(3) 接通电源前，提纸带的手必须拿稳纸带，并使纸带保持竖直，然后接通电源, 待计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落，以保证第一个点迹是一个清晰的 小点。(4) 对重物的要求：选用密度人、质最人些的物体，以减小运动中阻力的影响(使 重力远大于阻力)0纸带的挑选：应挑选第一、二两点间的距离接近2 mm且点迹清晰的纸带进 行测量。这是因为：木实验的询提是在重物做自山落体运动的情况下，通过研究 重力势能的减少量与动能的增加量是否相等來验证机械能是否守恒的，故应保证 纸带(重物)是在打笫一个点的瞬间开始下落。计时器每隔0. 02 s打一次点，做 自由落体

6、运动的物体在最初0. 02 s内下落的距离hi=l/2gt2=l/2x9. 8x 0 . 022m=0. 002 m=2 mm,所以若纸带第一、二两点间的距离接近2 mm,就意味着 重物是在打第一个点时的瞬间开始下落的，从而满足本次实验的前提条件(打第一 个点物体的初速度为零，开始做白由落体运动)。(6) 测最下落高度时，必须从起点()量起。为了减小测量'的相对谋差，选取的 计数点要离0点适当远些(纸带也不宜过长，其冇效长度町在60 cm80 cm以内)。(7) 本实验并不需耍知道重力势能减少量和动能增加量的具体数值，只要对mgh 与l/2mv2进行比较(实际上只要验证l/2v2=gh

7、即可)以达到验证机械能守恒的目 的，所以不必测出重物的质量。七、误差分析(1) 做好本实验的关键是尽量减小重物下落过程中的阻力，但阻力不町能完全消 除。本实验中，误差的主要来源是纸带摩擦和空气阻力。由于重物及纸带在下落 中要不断地克服阻力做功，因此物体动能的增加量必稍小于重力势能的减少量， 这是系统误差。减小系统谋差的方法有选用密度人的实心重物，重物下落前纸带 应保持竖在，选用电火花计时器等。(2) 由于测量长度会造成误差，属偶然误差，减少办法一是测距离都应从起点0量起，下落高度h适当大些(过小，h不易测准确；过大，阻力影响造成的误差大), 二是多测几次取平均值。例一、在“验证机械能守恒定律”

8、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二9. 80m/s课后作业： 在“验证机械能守恒定律”的实验小，需要直接测量和间接测量的数据是重物 的()a. 质量 b.下落时间 c.下落高度d.瞬时速度 在“验证机械能守恒定律”的实验屮，下列叙述正确的是()a. 安装打点计时器时，两纸带限位孔应在同一竖直线上b. 实验吋，在松开纸帯让重物下落的同吋，应立即接通电源c. 若纸带上开头打出的儿点模糊不清，也可设法用后面清晰的点进行验证d. 测量重物下落高度必须从起始点算起 在“验证机械能守恒定律”的实验屮，有下列器材可供选择：诙架台、打点计时器、复写纸、低压直流电源、天

9、平、秒表、导线、开关。其 中不必要的器材是。缺少的器材是o 某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤：a. 用天平称出重物的质量；b. 把纸带固定到重物上，并把纸带穿过打点计时器，提升到一定高度；c. 拆掉导线，整理仪器；d. 断开电源，调整纸带，重做两次；r.用秒表测出重物下落的时间；f. 用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离，记录数据，并计算出结果，得岀 结论；g. 把打点计时器接到低压交流电源上；h. 接通电源，释放纸带；i. 把打点计时器接到低压直流电源上；j. 把打点计时器固定到桌边的铁架台上。o某同学选择了一条理想的纸带，用刻 度尺测量时计数点対应刻度尺上的读数如图所示。图中0点

10、是打点计时器打出的 第一个点，a、b、c、d分别是每打两个点取出的计数点。根据以上数据，可知重物由0点运动到b点时：(1) 重力势能的减少量为多少?(2) 动能的增加量是多少？(3) 根据计算的数据可得出什么结论?产牛.误差的主要原因是什么?上述实验步骤中错误的是,可有可无的是,其余正确r 必要的步骤按实验操作顺序排列是。（均只需填步 骤的代号）5. 在用落体法验证机械能导恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图。其 中0是起始点，昇、b、。是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测 量0到人b、e各点的距离,并记录在图中（单位cm）。这三个数据中不符合有效数字读数要求的是 ,应记作

11、cm0该同学用重锤在0b段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度 9. 80m/s2,他川/ic段的平均速度作为跟点对应的物体的即时速度，则该段重 锤重力势能的减少量为,而动能的增加量为,（均保留3位有效数字，重锤质量用刃表示）这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量动能的增加量，原因是。另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在陽段的运动来验证 机械能守恒，不过他数了一下：从打点计时器打下的第一个点0数起，图中的 是打点计时器打下-的第9个点。因此他用妒貝计算跟“点对应的物体的即时速 度，得到动能的增加量为,这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量动能的增加量，原因是06. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，根据纸带算出各点的速度v,量出下落距 离h,则以/为纵轴，以h为横轴，画