高中物理 第七章 机械能守恒定律 7.9 实验：验证机械能守恒定律领学案新人教版必修2

1、7.9实验：验证机械能守恒定律学习目标1.利用打点计时器掌握物体计算物体运动的速度。2.学会掌握验证机械能守恒的实验原理、器材、步骤和注意事项。3.会分析实验误差的来源学习疑问学习建议 认真阅读教材，回答下列问题: 【实验目的】学会用打点计时器验证机械能守恒定律的方法和技能 研究物体自由下落过程中_的变化，从而验证_定律 【实验器材】实验所需要的器材有：铁架台、铁夹、打点计时器、夹子、复写纸、刻度尺、_、_、_、_等低压交流电源重物纸带导线 【实验原理】 只有_做功的自由落体运动中，物体的_和_互相转化，但总的机械能守恒即动能的_等于重力势能的_(1)若以重物下落时的起点为基准，物体下落高度h

2、时的速度为v，在误差允许的范围内，如计算出mv2mgh，机械能守恒定律即被验证(2)若以重物下落过程中的某一点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B点的速度vB，则在误差允许范围内，由计算得出mvmvmgh，机械能守恒定律即被验证(3)测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点前后两段相邻相等时间间隔T内下落的距离sn、sn1，由公式vn求出【数据处理】(1)利用公式vn，计算出点1、点2、点3、的瞬时速度v1、v2、v3、.(2)要验证的是mv2_或mvmv_，只需验证 v2gh或vvgh，因此_测量重物的质量m.验证：通过计算，看在误差允许的

3、范围之内v与ghn是否相等或vv与ghmn是否相等 【实验步骤】1如图所示，先将打点计时器竖直的固定在铁架台上，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器。2用手握着纸带，让重物静止地靠近打点计时器，然后 接通电源， 松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列点。换上新纸带，重复实验几次。3从几条纸带中挑选点迹清晰的纸带。4在选出的纸带上，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4，并量出各点到O点的距离h1、h2、h3，计算相应的重力势能减少量mghn。5测出一系列计数点到第一个点的距离d1、d2，根据公式vn=，计算物体在打下点1、2、时的瞬时速度v1、v2、.

4、计算相应的动能mvn2。6比较mvn2与mgh n是否相等。实验结论: 【注意事项】1选用质量和密度较大的重物，减小空气对它的阻力。2竖直安装铁架台，特别是打点计时器上的限位孔更应该在同一竖直线上，从而减小纸带下落时受到的阻力。打点计时器必须接50Hz交流电源3测量下落高度时，须从打出的第1个点计算。4实验时，应先接通电源使打点计时器开始工作，然后再放开纸带使重物下落。5.选取的纸带最好使第1、2两点间的距离接近2mm并且点迹清晰6不需要测出物体的质量，实际只需要验证 就行了。 【误差分析】 本实验采取分析纸带的方法求每一点的瞬时速度，即物体下落的实际速度。由于摩擦阻力的存在，利用所测速度计算

5、的动能的增加总 重力势能的减少，这是产生系统误差的主要原因。另外，用刻度尺测纸带上点与点间距离时，也可能造成偶然误差。 【合作探究】 问题探究1 ：本实验是否需要天平测重物质量，为什么？ 问题探究2：为什么从几条打上点的纸带中挑选第一第二点间的距离接近_mm并且点迹清楚的纸带（如图所示）进行测量？ 问题探究3：动能的增加量为什么略小于势能的减少量？ 【典型探究】 【例题1】图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有_(填入正确选项前的字母)A米尺B秒表C012 V的

6、直流电源 D012 V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有: 【例题2】用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中：(1)运用公式mgh对实验条件的要求是_，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m1 kg.打点纸带如图所示，打点时间间隔为0.02 s，则记录B点时，重物速度vB_，重物动能Ek_，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_(3)根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴、以h为横轴画出的图象应是如下图中的() 【例题3】在研究弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系的实验中，弹簧长度的改变量可以利用刻度尺直接

7、测量得到，而弹性势能的大小只能通过物理原理来间接测量现有两组同学分别按图甲(让钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，使钢球沿水平方向射出桌面)和图乙(让滑块向左压缩弹簧一段距离后由静上释放，使滑块在气垫导轨上向右运动，通过相应的测量仪器可以测出滑块脱离弹簧后的速度)两组不同的测量方案进行测量 请写出图甲方案中弹性势能与小球质量及图中各量之间的关系Ep_；图乙方案中除了从仪器上得到滑块脱离弹簧后的速度外还要直接测量的量为_；两种方案的共同点都是将弹性势能的测量转化为对_能的测量 【课堂检测】 1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

8、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先释放纸带后接通电源会造成较大误差 2在利用重锤自由下落来验证机械能守恒定律的实验中，产生误差的主要原因是( ) A重锤下落的高度大于测量值B重锤下落的高度小于测量值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 3.关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法正确的是( ) A实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越小，误差就越小B称出重物的质量，是不可缺少的步骤C纸带上第1、2两点间距若不接近2 mm，无论怎样处理实验数据，实验误差一定

9、较大D处理打完点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法 4利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案： A用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过vgt计算出瞬时速度v.B用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v计算出瞬时速度v.C根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过h计算出高度h.D用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻

10、两点间的平均速度，测算出瞬时速度v.以上方案中只有一种正确，正确的是_(填入相应的字母) 5.利用如图所示的装置验证机械能守恒定律图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，当光电门中有物体通过时与它们连接的光电计时器(都没有画出)能够显示挡光时间让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00102 s、2.00102 s已知滑块质量为2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门1和2之间的距离为0.54 m，g9.80 m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度(1)滑块通过光电门1时的速度v

11、1_m/s，通过光电门2时的速度v2_m/s.(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为_J，重力势能的减少量为_J. 层次一 1用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，下列物理量中需要测量的有()A重物的质量 B重力的加速度C重物下落的高度 D与重物下落高度对应的重物的瞬时速度2在验证机械能守恒定律的实验中：(1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为_A打点计时器(包括纸带) B重物 C天平 D毫米刻度尺 E秒表 F运动小车(2)打点计时器的安装放置要求为_；开始打点计时的时候，应先_，然后再_(3)选择下列正确的实验步骤，并按次序排列为_A用天平测出重锤的质量 B把打点计时器竖直地夹稳

12、在铁架台上C接通电源，松开纸带 D松开纸带，接通电源E用停表记下重锤下落的时间 F取下纸带，重复上述实验3次G将纸带固定在重锤上，让纸带穿过打点计时器并用手提住，使重锤靠近打点计时器H选取理想纸带，对几个方便的点测量并计算，看mgh和mv2是否相等3在某次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条竖直线上，使纸带通过时受到了较大的阻力，则结果()Amghmv2 Bmghmv2Cmghmv2 D以上都不可能4某同学在做“验证机械能守恒定律”的实验时，不慎将一条选择好的纸带的前面部分损坏了，剩下的一段纸带上各点间的距离，他测出并标在纸带上，如图1所示已知打点计时器打点的周期T0.

13、02 s，重力加速度g取9.8 m/s2. (1)利用纸带说明重物通过第2、5两点时机械能守恒(2)分别说明为什么得到的结果是重力势能的减少量略大于动能的增加量？ 5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v2为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是下图中的()6在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g9.80 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图2所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每两个点取出的计数点根据以上数据，可知重物由O点

14、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？产生误差的主要原因是什么？层次二 7.在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量m1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点. 如上图所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点(速度恰好为零)，每两个计数点之间还有四个点未画出，选连续的3个计数点A、B、C作为测量的点，如图所示，经测量知道A、B、C各点到O点的距离分别为50.50 cm、86.00 cm、130.50 cm.已知打点计时器每隔0.02 s打一次点，当地的重力加速度g9.80 m/s2.根据以上数据，可计算出打B点时的速度vB_m/s；重物由O点运动到B点，重力势能减少了_J，动能增加了_J根据所测量的数据，还可以求出物体实际下落的加速度为_m/s2，物体在从A到B下落的过程中所受到的平均阻力为_N(计算结果都要保留3位有效数字)，该阻力的来源主要有：(1)_；(2)_ 8. 某实验小组利用如下图所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能