机械能守恒定律实验79

1、2010年上期长沙一中卫星远程合作学校醴陵四中高一物理必修2导学案 编号：23第七章 9 实验：验证机械能守恒定律 编制：熊明利 审核： 班级 姓名 .学习目标：（1） 理解实验的设计思路，明确实验中需要直接测量的物理量。（2） 知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法。（3） 能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析中得出实验结论。（4） 能定性地分析产生实验误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差。学习重点：实验思路、瞬时速度的测定及实验数据的采集与处理。 学习难点：实验数据的采集与处理知识链接：机械能守恒定律：在只有重

2、力或弹力做功的物理系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。打点计时器的使用方法。学习方法：学生根据课本的思路，设计相应的探究方法，设计方案，完成实验。 学习过程：一、独立自学： OABhhAhB实验原理：忽略空气阻力，自由下落的物体在运动中机械能守恒，即 能的增加等于 能的减少。具体如下：1、 若以重物下落的起始点O为基准，设重物的质量为m，测出物体自起始点O下落距离h时的速度v，则在误差允许范围内，由计算得出动能和重力势能变化的关系是 ，机械能守恒定律即被验证。2、若以重物下落过程中的的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA，再测出物体由A点下落h后经过

3、速度vB，则在误差允许范围内，由计算得出动能和重力势能变化的关系式： ，机械能守恒定律即被验证。思考：实验中需要直接测量的物理量？实验时也可不测量重物的哪个物理量。想一想，这是为什么？二、合作交流，释疑解难（一）实验要注意的问题：1、 重物下落过程中，除了重力外会受到哪些阻力？怎样减少这些阻力对实验的影响？2、纸带的选取： 用1/2mv2=mgh 验证。由于第一点应是重物做自由落体运动开始下落的点，所以应选取点迹清晰且第1、2两点间的距离应小于或等于 mm的纸带。（2）挑选纸带上第一点及距离第一点较 （远或近）的点，并依次标上0、1、2、3。（3）用1/2mvB2-1/2mvA2=mgh验证。

4、要从起始点开始测量hA和hB，再求h=hB-hA，且A、B两点距离要稍远。3、为了增加实验结果的可靠性，可以重复进行多次实验，还可以在一次下落中测量多个位置的速度，比较重物在这些位置上动能与势能之和。（二）速度的测量：推导做匀变速直线运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点的平均速度。（三）实验步骤： 请按正确的步骤排列顺序：A 用天平测量重物的质量。B 将重物系在夹子上。C 将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器。D 把打点计时器接在电源上。E 打点计时器固定放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上。F 在纸带上选取几个点，进行测量

5、和记录数据。G 接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带，完成一次打点过程后，关闭电源。H 在几条纸带中选出较好的一条。I 更换纸带，重新进行几次实验。J 进行计算，得出结论，完成实验报告。K 切断电源，拆下导线，整理器材。以上步骤，合理的顺序是 。（四）实验记录：计算物体在各点的重力势能的减少mgh和动能的增加量 1/2mv2，将数值填入表格中（未测量质量）。各计数点123456下落高度h/m速度v/(m.s-1)势能减少量Ep/J动能增加量EK/J（五）实验结论：1、根据对实验数据进行分析，你得出的结论是什么？2、根据实验测得的各点的速度v以及与之相对应的下落高度h，以1/2v2为直角坐标系的

6、纵轴，以h为横轴，描点后画出1/2v2随h变化的关系图象。作出怎样的图象才能说明机械能是守恒的？能否根据图象求重力加速度？怎么求？（六）误差分析：分析纸带后，计算出来的重物的动能增加量与重力势能减少量哪个稍大？讨论为什么会出现这种情况？（七）交流探讨：第五章第三节“问题与练习”第3题描述了一个实验。实际做一做这个实验，用你当时得到的计算式计算钢球离开桌面时的速度。然后再测量钢球在斜面上开始滚下的位置相对桌面的高度，按照机械能守恒定律计算钢球到达桌面的速度。对比两种方法得出的速度值并尝试解释两者的差异。三、反馈检测，拓展提高1、（A 级）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

7、是（ ）A.重物质量的称量不准，会造成较大误差。B.体积一定的条件下重物质量选用得大些，有利于减小误差。C.重物质量大小不影响误差大小。D.先释放纸带后接通电源会造成较大误差。2、（A 级）在验证机械能守恒定律的实验中，需要直接测量的物理量是（ ）A.重物的质量 B.重物下落的时间 C. 重物下落的高度 D.重物的瞬时速度OBAC15.55cm23.23cm19.20cm3、（B级）在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量m=1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点。如图所示，为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一点，A.B.C为从合适位置开始选取的三点连续点（其他点

8、未画出）已知打点计时器每隔0.02s打一次，当地的重力加速度g=9.80m/s2。那么：(1)纸带的 端（左或右）与重物相连；（2）根据图上所得的数据，应取图中O点和 点来验证机械能守恒定律；（3）从O点到所取点，重物重力势能减少量Ep= J，动能增加量EK= J；（结果取3位有效数字）（4）实验结论是 。4、（B级）游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行，游客却不会掉下来（左图）。我们把这种情况抽象为（右图）的模型：弧形轨道的下端与竖直圆轨道相连，使小球从弧形轨道上端滚下，小球进入圆轨道下端后沿圆轨道运动。实验发现，只要h大于一定值，小球就可以顺利通过圆轨道的最高点。如果已知圆轨道的半径为R，h至少要等于多大？不考虑摩擦等阻力。5、把质量是0.2kg的小球放在竖立的弹簧上，并把球往下按至A的位置，如图所示。迅速松手后，弹簧把球弹起，球升至最高位置C（丙图），途中经过位置B时弹簧正好处于自由状态（图乙）。