实验验证机械能守恒定律导学案

1、实验：验证机械能守恒定律【知识准备】1. 实验目的： 验证机械守恒定律。2. 实验器材：铁架台(带铁夹),打点计时器，重锤(带纸带夹子);纸带数条，复写纸片，毫米刻度尺；3. 实验原理：物体只在重力作用下自由落体时，物体机械能守恒，即减少的重力势能等于增加的动能。 如果物体下落高度h时速度为v，则有。借助于打了点的纸带测出物图1体下降的高度h和对应速度v,即可验 自由下落时机械能是否守恒。测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第 n点前后两段相等时间T内下落的距离S、S+i, 由公式求出，如图1所示。4. 实验步骤(1) 在铁架台上安装好。(2) 将纸带的一端固定在重锤的夹子上, 另一端穿过打点计

2、时器的 ，用竖直提起的纸带使重锤靠在 附近。(3) 先，再，让重锤自由下落。(4) 换上新纸带，得到几条打好的纸带。(5) 选择点迹清晰，且第一、二两点间距离接近 的纸带，起始点标 0,依次确 定几个计算点1、2、3(6) 用刻度尺测量下落高度h1、h2、h3，计算各计数点对应的重锤瞬时 。(7) 计算各计数点对应的势能减少量和动能增加，进行比较。5. 注意事项：(1) 打点计时器的安装要稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力(2) 实验中，需保持提纸带的手不动，待接通电源，打点计时器工作稳定后再松开纸带让 重物下落(3) 选取纸带时，本着点迹清晰且第一、二两点间距离接近2mm勺原则

3、(为什么？).(4) 测下落高度时，须从起点量起，并且各点下落的高度要一次测定(5) 不需测出物体质量，只需验证 Vn2/2= ghn就行.(6) 重锤要选密度大的，体积小的.【教材助读】1 实验原理的理解：(1) 因为打点计时器每隔s打点一次，在最初的s内物体下落距离应为0.002 m，所 以应从几条纸带中尽量挑选点迹清晰呈一直线且第一、二点间接近2 mm的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点应该是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔t = s.(2) 因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量m, 而只需验证Vn2/2=ghn就行了。2 实验操作注意事项：(1) 打点计

4、时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量减少重物带着纸 带下落时所受到的阻力作用。(2) 必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落。(3) 测量下落高度时，必须从起始点算起，不能搞错，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远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60cm-80cm之内.3 误差分析：（1）本实验的误差主要来源于纸带数据的处理上，及点与点测量的读数上的误差和各种阻力产生的误差。还有注意必须先接通电源后放开纸带.（2） 实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，所以动能的增加量要小于势能的减少 量.（3） 在验证机械能守恒的定律时，如果以-

5、v2为纵轴，h为横轴,根据实验数据绘出的-v2 h2 2 图线应是过原点的直线，才能验证机械能守恒。-v2 h图的斜率等于g的数值。【实验操作】1. 自主设计表格，记录实验数据2. 数据处理3. 实验结论及反思【实验探究】探究1在验证机械能守恒定律的实验中，得到了一条如图2所示的纸带，纸带上的点记录了物体在不同时刻的位置，当打点计时器打点4时，物体的动能增加的表达式Ek =物体重力势能减小的表达式为 &= ，实验中是通过比较来验证机械能守恒定律的（设交流电周期 T）°5图2做验证机械能守恒定律的实验中，纸带上打出的点如图3所示，若重物的质量为 m图中点P为打点计时器打出的第一

6、个点，则从起点 P到打下点B的过程中，重物的重力势能的 减小量AEp=J，重物的动能的增加量 4Ek= J. （打点计时器的打点周期为，2g=9.8m/s ，探究2下面列出一些实验步骤图3.再把纸带向上拉，让夹子A用天平测出重物和夹子的质量；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靠近打点计时器；D. 拆下导线，整理器材.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，进行测量和记录数据；G. 用秒表测出重物下落的时间；H. 接通电源待计时器响声稳定后释放纸带； I .切断电源；J .更换纸带，重新进行两次；

7、K在三条纸带中选出较好的一条； L.进行计算，得出结论，完成实验报告； 以上步骤，不必要的有 ，正确步骤的合理顺序是 探究3 在用落体法验证机械能守恒定律时， 某同学按照正确的操作选得纸带如图 4.其中0 是起始点，A、B、C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 O到A、B、C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cm.该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2,他用AC段的平均速度作为跟B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，

8、重锤质量用 m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OB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O数起，图中的B是打点计时器打下的第9个点因此他用VB=gt计算跟B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【巩固练习】1 在验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，这样会使得()A - mgh 1mv2 B. mgh 1mv2O A B C DC. mgh Imv2 D 以

9、上都有可能十20(mm)2AC图62 “验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法图5(1) 用公式 mV72=mgh时，对纸带上起点的要求是，为此目的，所选择的纸带一、二两点间距应接近 .(2) 若实验中所用的重锤质量 M= 1kg，打点纸带如图5所示，打点时间间隔为，贝U记录 B点时，重锤的速度Vb = ，重锤动能 E<b =从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量 是，因此可得结论是 (3) 根据纸带算出相关各点速度 V,量出下落距离h，2则以为纵轴，以h为横轴画出的图线应是图6中23.在验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率为 50HZ某次实验选择的一条较理想 纸带如图7所示，