第五单元实验验证机械能守恒定律

恩波教育·内部资料2012.06.22恩波中学生培训咨询QQ：425183172电话：85325355地址：南京市鼓楼区广州路140号随园大厦26楼D座1科目物理教学内容第五单元实验:验证机械能守恒定律教师邢老师年级高一课次第十七次第五单元实验：验证机械能守恒定律二．实验：验证机械能守恒定律1．实验目的：验证机械能守恒定律2．实验原理：（1）机械能守恒的判断：物体在自由下落时，如果重力势能的减少等于动能的增加，也就是从下落起点计算mghmv221，即验证了机械能守恒定律。由于是同一物体，只需验证ghv221，其中物体下落的瞬时速度v和下落的高度h可根据打点计时器在重物所拖的纸带上记录来确定。（2）速度的测量：如图，借助电火花计时器打出的纸带，测出物体自由下落的高度h和该时刻的速度v，打第n个计数点时的瞬时速度等于以该时刻为中间时刻的某一段时间内的平均速度，即ThhTxxvnnnnn221113．实验器材：铁架台、夹子、打点计时器、学生电源、纸带及复写纸片、毫米刻度尺、重物（可用钩码代替）、导线4．探究步骤和数据处理：（1）安装：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压交流电源相连接。（2）接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源松开纸带，让重物自由下落，重复几次打下3～5条纸带。（3）选纸带：选取点迹较为清晰的，纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0、1、2、3…（4）数据处理：测出0到点1、点2、点3…的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3……，利甲公式ThhTxxvnnnnn22111计算出点1、点2、点3……的瞬时速度vl、v2、v3……（5）验证：法一：代人gh和221v．如果在实验误差允许的条件下，ghv221，则机械能守恒是正确的。法二：（1）任取两点A、B，测出hAB，算出ghAB；（2）算出222121ABvv的值；（3）看在实验误差允许的条件下，ghAB和222121ABvv是否相等，若相等．则机械能守恒定律是正确的。5．注意事项：（1）安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力；恩波教育·内部资料2012.06.22恩波中学生培训咨询QQ：425183172电话：85325355地址：南京市鼓楼区广州路140号随园大厦26楼D座2（2）实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动．待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带．以保证第一点是一个清晰的点；（3）测量高度h时，应从起始点算起，为减小h的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可在60cm～80cm；（4）因为是通过比较221mv和mgh是否相等验证机械能是否守恒，故不需测量重物质量；（5）速度不能用v=gt或ghv2计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律。况且用v=gt计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算；（6）验证定律的题目中千万不要按习惯直接应用守恒定律去处理问题。6．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，利用所测速度计算的动能的增加总略小于重力势能的减少，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，也可能造成误差。例2、用落体法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．重锤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_________________。（3）选用的纸带要求是______________________________。（4）实验中产生误差的原因主要是__________________，使重锤获得的动能往往___________。为减小误差，悬挂在纸带下的重锤应选择_____________________________。（5）如果以v2/2为纵轴、以h为横轴，根据实验数据绘出的v2/2—h图线是_______，该线的斜率等于______例3、在验证机械能守恒定律的实验中，有同学按以下步骤进行实验操作：A．用天平称出重锤和夹子的质量B．固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器C．松开纸带，接通电源，开始打点，并如此重复多次，以得到几条打点纸带D．取下纸带，挑选点迹清晰的纸带．记下起始点O，在距离O点较近处选择几个连续计数点（或计时点）,并计算出各点的速度值E．测出各点到O点的距离，即得到重锤下落高度F．计算出nmgh和221mv，看两者是否相等。在以上步骤中，不必要的步骤是________________________,有错误或不妥的步骤是_____________（填写代表字母）；更正清况是①_____________________________；②_____________________________；③_____________________________；④_____________________________。针对训练2：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，更换纸带．重做两次E．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，得出结论：G．把打点计时器接到低压交流电源上恩波教育·内部资料2012.06.22恩波中学生培训咨询QQ：425183172电话：85325355地址：南京市鼓楼区广州路140号随园大厦26楼D座3H．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。上述实验步骤中错误的是_______________________，可有可无的是_______________________．其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是_______________________________（均只需填步骤的代号）例5、在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用的电源的频率为50Hlz，查得当地的重力加速度g=9.8m/s2,测得所用的重物的质量m=l.0kg,实验中得到一条点迹清晰的纸带．把第一个点记作O,另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，如图所示,经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm，根据以上数据，可知重物由O点运动到C点,重力势能的减少量等______________J，动能的增加量等于_____________J（取三位有效数字）针对训练3：在“验证机械能守恒定律”的实验中，选出条纸带如图所示．其中O点为起始点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通过50Hz的交流电源,用毫米刻度尺测得OA＝11.13cm,OB=17.69cm.OC=25.9cm.（1）这三个数据中，不符合有效数字要求的是_____________．应该写成__________cm（2）在计数点A和B之间、B和C之间还各有一个点，重物的质量为mkg,根据以上数据可知，当打点计时器打到B点时，重物的重力势能比开始下落时减少了_______J；这时它的动能为_________J(g取9.80m/s2)类型三：实验误差分析例7、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．他测出剩下的纸带上各点间的距离，并标在纸带上，如图所示，已知打点计时器的周期是0.02s，重力加速度为9.8m/s2。（1）利用纸带说明重锤（质量为mkg）通过对应于2、5两点过程中机械能守恒；（2）说明为什么得到的结果是重锤重力势能的减少量△EP大干重锤动能的增加量△Ek?类型四：设计型实验例9、如图所示,水平桌面上有斜面体A、小铁块B，斜面体的斜面是曲面，曲面下端的切面是水平的，现提供的实验测量工具只有：天平、直尺，其他的实验器材可根据实验需要自选。请设计一个实验测出小铁块B自斜而顶端由静止下滑到底端的过程中，小铁块B克服摩擦力做的功求：（1）简要说明实验中要测的物理量（2）简要说明实验步骤（3）写出实验结果的表达式（重力加速度g已知）课时训练4．进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台、低压交流电源、复写纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、开关、天平、重锤．其中不必要的器材有：__________；缺少的器材是__________。5．“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法（1）用公式mv2/2=mgh时，对纸带上起点的要求是_______________;恩波教育·内部资料2012.06.22恩波中学生培训咨询QQ：425183172电话：85325355地址：南京市鼓楼区广州路140号随园大厦26楼D座4（2）若实验中所用重锤质量m=1kg,打点纸带如图所示，打点时间间隔为0.02s，则记录B点时．重锤的vB=____________，重锤的动能Ek=__________,从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量是____________．因此可得出的结论是_____________________________.（3）根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h,则以v2/2为纵轴,以h为横轴画出的图线应是下图中的_______________.6．（2007年济南模拟）在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量为m的重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着纸带通过打点计时器打出一系列点，对纸带上的点进行测量，就可以验证机械能守恒定律。如图所示，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为x。，点A、C间的距离为x1，点C、E间的距离为x2，交流电的频率为f，用以上给出的已知量写出C点速度的表达式：vC=____________；在OC这段时间内，重锤的重力势能的减少量为_____________；利用这个装置还可以测量重锤下落的加速度，则加速度的表达式为：a=_____________________。7．在验证机械能守恒定律的实验中，关于某一点的速度能否根据v=gt或ghv2来求解？8．在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量m=200g的重锤拖着纸带由静止开始下落，在下落过程中，打点计时器在纸带上打出一系列的点，在纸带上选取三个相邻计数点A、B和C．相邻计数点间的时间间隔为0.10s，O为重锤开始下落时记录的点，各计数点到O点的距离如图所示，长度单位是cm．当地重力加速度g为9.80m/s2.（1）打点计时器打下计数点B时，重锤下落的速度vB=____________（保留三位有效数字）；（2）从打下计数点O到打下计数点B的过程中，重锤重力势能减小量△EP=___________，重锤动能增加量△Ek=_____________（保留三位有效数字）.9．(2007青岛模拟）如图所示，不可伸长的细线一端拴一小球，另一端悬于O点，现将细线张紧，使细线处于水平状态，将小球从A处由静止释放，到O点正下方B处时，细线恰好被C处的刀片切断。若仅有刻度尺，为验证小球从A点下摆到B点的过程中机械能守恒，需测定的物理量及相应符号是_________________________________，用这些物理量表示的机械能守恒的关系式是____________________