河北省邢臺市高中物理 第七章 機械能守恒定律 第19課時 實驗：驗證機械能守恒定律學(xué)案（無答案）新人教版必修2（通用）

1、學(xué)案19 實驗：驗證機械能守恒定律 【學(xué)習(xí)目標】1.驗證機械能守恒定律.2.熟悉瞬時速度的測量方法.3.能正確進行實驗操作，分析實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論，能定性地分析產(chǎn)生誤差的原因【學(xué)習(xí)任務(wù)】一、實驗步驟1安裝置：按圖1甲把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導(dǎo)線把打點計時器與電源連接好圖12打紙帶：在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近先接通電源后放手，讓重物拉著紙帶自由下落重復(fù)幾次，得到35條打好點的紙帶3選紙帶：從打好點的紙帶中挑選點跡清晰且開始的兩點間距接近2 mm的一條紙帶，在起始點標上0，以后任取間隔相同時間的點依次標上1、2、3.

2、4測距離：用刻度尺測出0到1、2、3的距離，即為對應(yīng)下落的高度h1、h2、h3.二、數(shù)據(jù)處理1計算各點對應(yīng)的瞬時速度：根據(jù)公式vn，計算出1、2、3、n點的瞬時速度v1、v2、v3、vn.2機械能守恒驗證：方法一：利用起始點和第n點從起始點到第n個計數(shù)點，重力勢能減少量為mghn，動能增加量為mv，計算ghn和v，如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)ghnv，則機械能守恒定律得到驗證方法二：任取兩點A、B.從A點到B點，重力勢能減少量為mghAmghB，動能增加量為mvmv，計算ghAB和vv，如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)ghABvv，則機械能守恒定律得到驗證方法三：圖象法(如圖2所示)圖2計算各計數(shù)點v2，

3、以v2為縱軸，以各計數(shù)點到第一個點的距離h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出v2h圖線若在誤差允許范圍內(nèi)圖象是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律三、誤差分析1本實驗的誤差主要是由紙帶測量產(chǎn)生的偶然誤差以及重物和紙帶運動中的空氣阻力及打點計時器的摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差2測量時采取多次測量求平均值的方法來減小偶然誤差，安裝打點計時器使兩限位孔中線豎直，并且選擇質(zhì)量適當(dāng)大些、體積盡量小些的重物來減小系統(tǒng)誤差四、實驗注意事項1打點計時器安裝要穩(wěn)固，并使兩限位孔的中線在同一豎直線上，以減小摩擦阻力2應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力相對減

4、小3實驗時，應(yīng)先接通電源，讓打點計時器正常工作后再松開紙帶讓重物下落4本實驗中的兩種驗證方法均不需要測重物的質(zhì)量m.5速度不能用vgt或v計算，應(yīng)根據(jù)紙帶上測得的數(shù)據(jù)，利用vn計算瞬時速度例1 某同學(xué)利用重物自由下落來“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置如圖3甲所示圖3(1)請指出實驗裝置中存在的明顯錯誤：_.(2)進行實驗時，為保證重物下落時初速度為零，應(yīng)_(選填“A”或“B”)A先接通電源，再釋放紙帶B先釋放紙帶，再接通電源(3)根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)打出的1、2、3、4四個點如圖乙所示已測出1、2、3、4到打出的第一個點O的距離分別為h1、h2、h3、h4，打點計時器的打點周期為T.

5、若代入所測數(shù)據(jù)能滿足表達式gh3_，則可驗證重物下落過程機械能守恒(用題目中已測出的物理量表示)例2 用如圖4所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律實驗所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種重錘從高處由靜止開始下落，重錘拖著的紙帶上打出一系列的點，對紙帶上的點痕進行測量及相關(guān)計算，即可驗證機械能守恒定律 圖4(1)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：A按照圖示的裝置安裝器件；B將打點計時器接到電源的“直流輸出”上；C用天平測出重錘的質(zhì)量；D釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶；E測量紙帶上某些點間的距離；F根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能其中

6、沒有必要進行或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是_(2)在一次實驗中，質(zhì)量為m的重錘自由下落，在紙帶上打出一系列的點，如圖乙所示(相鄰計數(shù)點時間間隔為0.02 s)，長度單位cm，那么從起點O到打下計數(shù)點B的過程中重力勢能的減少量Ep_ J，此過程中重錘動能的增加量Ek_ J(g取9.8 m/s2，結(jié)果數(shù)據(jù)均保留至小數(shù)點后兩位)；通過計算，數(shù)值上Ep_Ek(填“”“”或“”)，這是因為_例3 在驗證機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量為m1.00 kg的重錘拖著紙帶下落，在此過程中，打點計時器在紙帶上打出一系列的點，在紙帶上選取五個連續(xù)的點A、B、C、D和E，如圖5所示其中O為重錘開始下落時記錄的點，各點到O點的距離

7、分別是31.4 mm、49.0 mm、70.5 mm、95.9 mm、124.8 mm.當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭9.8 m/s2.本實驗所用電源的頻率f50 Hz.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖5(1)打點計時器打下點B時，重錘下落的速度vB_m/s，打點計時器打下點D時，重錘下落的速度vD_ m/s.(2)從打下點B到打下點D的過程中，重錘重力勢能減小量Ep_ J，重錘動能增加量為Ek_.【補充學(xué)習(xí)材料】1如圖6是用自由落體法驗證機械能守恒定律時得到的一條紙帶有關(guān)尺寸已在圖中注明我們選取n點來驗證機械能守恒定律下面舉一些計算n點速度的方法，其中正確的是( )圖6An點是第n個點，則vngnTBn點是第n

8、個點，則vng(n1)TCvnDvn2在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.8 m/s2，某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各計數(shù)點對應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖7所示，圖中O點是打點計時器打出的第一個點，A、B、C、D分別是每打兩個點取的計數(shù)點則重物由O點運動到B點時(重物質(zhì)量為m kg)圖7(1)重力勢能的減少量是_J動能的增加量是_J.(2)根據(jù)計算的數(shù)據(jù)得出的結(jié)論：_.3如圖8為利用氣墊導(dǎo)軌(滑塊在該導(dǎo)軌上運動時所受阻力可忽略)驗證機械能守恒定律的實驗裝置，完成以下填空圖8實驗步驟如下：將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不

9、低于1 m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平測出擋光條的寬度l和兩光電門中心之間的距離s.將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2.讀出滑塊分別通過光電門1和光電門2的擋光時間t1和t2.用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m.滑塊通過光電門1和光電門2時，可以確定系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1_和Ek2_.在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量Ep_.(重力加速度為g)如果滿足關(guān)系式_，則可認為驗證了機械能守恒定律【實驗班特供題組】1在驗證機械能守恒定律的實驗中，對于自由下落的重物，下列說法正確

10、的是( )A只要足夠重就可以B只要體積足夠小就可以C既要足夠重，又要體積非常小D應(yīng)該密度大些，還應(yīng)便于夾緊紙帶，使紙帶隨同重物運動時不致被扭曲2用自由落體法驗證機械能守恒定律，就是看mv是否等于mghn(n為計數(shù)點的編號0、1、2n)下列說法中正確的是( )A打點計時器打第一個點0時，重物的速度為零Bhn是計數(shù)點n到起始點0的距離C必須測量重物的質(zhì)量D用vngtn計算vn時，tn(n1)T(T為打點周期)3在“驗證機械能守恒定律”的實驗中：(1)將下列主要的實驗步驟，按照實驗的合理順序把步驟前的序號填在題后橫線上：A用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器處；B將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過打點

11、計時器的限位孔；C取下紙帶，在紙帶上任選幾點，測出它們與第一個點的距離，并算出重物在打下這幾個點時的瞬時速度；D接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落；E查出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的值，算出打下各計數(shù)點時的動能和相應(yīng)的減少的重力勢能，比較它們是否相等；F把測量和計算得到的數(shù)據(jù)填入自己設(shè)計的表格里答：_.(2)動能值和相應(yīng)重力勢能的減少值相比，實際上哪個值應(yīng)偏小些？答：_.4利用圖1所示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h，某班同學(xué)利用實驗得到的紙帶，設(shè)計了以下四種測量方案圖1A用刻度尺測出物體下落高度h，并測出下落時間t，通過vgt計算出瞬

12、時速度v.B用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v 計算出瞬時速度C根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度，并通過h計算出高度h.D用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v.(1)以上方案中只有一種最合理，最合理的是_(填入上述相應(yīng)的字母)(2)要使該實驗誤差盡量小，下述注意點正確的是_(填入下述相應(yīng)的字母)a使重物的質(zhì)量越大越好，但懸掛時不能拉斷紙帶b選用電火花計時器比電磁打點計時器更好，可減小阻力影響c測長度時保持紙帶懸掛狀態(tài)，刻度尺的讀數(shù)更準確d紙帶上

13、留下的點越大越好e紙帶長一點更好5某同學(xué)用圖2甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間9.80 m/s2.實驗中該同學(xué)得到的一條點跡清晰的完整紙帶如圖乙所示，紙帶上的第一個點記為O，另選連續(xù)的三個點A、B、C進行測量，圖中給出了這三個點到O點的距離hA、hB和hC的值回答下列問題(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)：圖2(1)打點計時器打B點時，重物速度的大小vB_ m/s；(2)通過分析該同學(xué)測量的實驗數(shù)據(jù)，他的實驗結(jié)果是否驗證了機械能守恒定律？簡要說明分析的依據(jù)6某同學(xué)在“驗證機械能守恒定律”時按如圖3所示安裝好實驗裝置，正確進行實驗操作，

14、從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，如圖4所示圖中O點為打點起始點，且速度為零圖3圖4(1)選取紙帶上打出的連續(xù)點A、B、C、，測出其中E、F、G點距起始點O的距離分別為h1、h2、h3，已知重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點周期為T.為驗證此實驗過程中機械能是否守恒，需要計算出從打下O點到打下F點的過程中，重錘重力勢能的減少量Ep_，動能的增加量Ek_(用題中所給字母表示)(2)以各點到起始點的距離h為橫坐標，以各點速度的平方v2為縱坐標建立直角坐標系，用實驗測得的數(shù)據(jù)繪出v2h圖線，如圖5所示，該圖象說明了_圖5(3)從v2h圖線求得重錘下落的加速度g_m/s2.(結(jié)果保留三位

15、有效數(shù)字)學(xué)案20 實驗：驗證機械能守恒定律 課時編號：7.9.2【學(xué)習(xí)目標】1.通過習(xí)題掌握規(guī)律2.深入認識功【學(xué)習(xí)任務(wù)】【概念規(guī)律練】知識點一 實驗器材的選擇和實驗的操作1用自由落體法驗證機械能守恒定律的實驗中，下列物理量中需要測量的有( )A重物的質(zhì)量B重力的加速度C重物下落的高度D與重物下落高度對應(yīng)的重物的瞬時速度2在驗證機械能守恒定律的實驗中：(1)從下列器材中選出實驗所必需的，其編號為_A打點計時器(包括紙帶) B重物C天平 D毫米刻度尺E秒表 F運動小車(2)打點計時器的安裝放置要求為_；開始打點計時的時候，應(yīng)先_，然后再_(3)選擇下列正確的實驗步驟，并按次序排列為_A用天平測

16、出重錘的質(zhì)量B把打點計時器豎直地夾穩(wěn)在鐵架臺上C接通電源，松開紙帶D松開紙帶，接通電源E用停表記下重錘下落的時間F取下紙帶，重復(fù)上述實驗3次G將紙帶固定在重錘上，讓紙帶穿過打點計時器并用手提住，使重錘靠近打點計時器H選取理想紙帶，對幾個方便的點測量并計算，看mgh和mv2是否相等知識點二 實驗的原理3在某次驗證機械能守恒定律的實驗中，由于打點計時器兩限位孔不在同一條豎直線上，使紙帶通過時受到了較大的阻力，則結(jié)果( )Amghmv2 Bmgh”或“”)圖34如圖3所示是用自由落體法驗證機械能守恒定律時得到的一條紙帶，我們選中N點來驗證機械能守恒定律下面舉出一些計算N點速度的方法，其中正確的是(

17、)AN點是第n個點，則vngnTBN點是第n1個點，則vng(n1)TCvnDvn5.圖4圖4為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘回答下列問題：(1)為完成此實驗，除了所給的器材，還需要的器材有_(填入正確選項前的字母)A刻度尺B秒表C012 V的直流電源D012 V的交流電源(2)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有_.(寫出兩個原因)圖56利用圖5所示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h.某班同學(xué)利用實驗得到的紙帶，設(shè)計了以下四種測量方案：A用刻度尺測出物體下落的高度h，并測出下

18、落時間t，通過vgt計算出瞬時速度v.B用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v計算出瞬時速度v.C根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過h計算出高度h.D用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v.以上方案中只有一種正確，正確的是_(填入相應(yīng)的字母)圖67(1)用如圖6所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，在下面所列舉的該實驗的幾個操作步驟中，你認為沒有必要進行的或者錯誤的步驟是_(填字母代號)A按照圖示的裝置安裝器件B將打點計時器接到學(xué)生電源的直流輸出端上C用天平測量出重物的質(zhì)量D先放手讓紙帶和重物下落，再接通電源開關(guān)E在打出的紙帶上，依據(jù)打點的先后順序選取A、B、C、D四個合適的相鄰點，通過測量計算得出B、C兩點的速度為vB、vC，并測出B、C兩點間的距離為hF在誤差允許范圍內(nèi)，看減少的重力勢能mgh是否等于增加的動能mvmv，從而驗證機械能守恒定律圖7(2)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，打點周期為0.02 s，自由下落的重物質(zhì)量為1 kg，打出一條理想的紙帶，數(shù)據(jù)如圖7所示，單位是cm，g取9.8 m/s2，O、A之間有多個點沒畫出，打點計時器打下點B時，物體的速度vB_ m