1、服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 自主学习基础知识合作探究重难疑点课时作业9实验：验证机械能守恒定律服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 一、实验目的1会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度2掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 二、实验原理让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒：方案一：以物体自由下落的位置O为起始点，测出物体下落高度h时的速度大小v，若 12 mv2mgh成立，则可验证物体的机械能守恒两个主要测量的物理量为：服/务/教
2、/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 (1)物体下落高度的测量：通过纸带用刻度尺测出O点到第n个点的距离h.(2)物体瞬时速度的测量、计算：纸带上第n个点的瞬时速度等于这个点前后相邻两点间的平均速度vn hn1hn12T(hn1、hn1分别为第n1个点、第n1个点到第一个点的距离)方案二：测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，v1、v2的计算方法与方案一的相同若关系式12mv 2212mv21mgh成立，则物体的机械能守恒服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 三、实验器材铁架台(带铁夹)、电火花打点计时器、墨粉纸盘(或电磁打点计时器、复写纸、低压交流
3、电源)、重物(带纸带夹子)、纸带、导线、毫米刻度尺.服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 一、实验步骤1安装置：按图7-9-1将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路图7-9-1服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 2打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落更换纸带重复做35次实验服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 3选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2 mm的纸带，把纸带上打出的两点间的距
4、离为2 mm的第一个点作为起始点，记作O，在距离O点较远处再依次选出计数点1、2、34测距离：用刻度尺测出O点到1、2、3的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 二、数据处理1计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3再根据公式vnhn1hn12T，计算出1、2、3、4、n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4vn.服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 2机械能守恒验证：方法一：利用起始点和第n点从起始点到第n个计数点，
5、重力势能减少量为mghn，动能增加量为12mv2n，计算ghn和12v2n，如果在实验误差允许的范围内ghn12v2n，则机械能守恒定律得到验证服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 方法二：任取两点A、B.从A点到B点，重力势能减少量为mghAmghB，动能增加量为12mv2B12mv2A，计算ghAB 和12v2B12v2A，如果在实验误差允许的范围内ghAB12v2B12v2A，则机械能守恒定律得到验证服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 方法三：图象法计算各计数点12v2，以12v2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，根据实验数据绘出 12
6、 v2-h图线若在误差许可的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律图7-9-2服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 三、误差分析1在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差2重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 3由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差4测量时采取多次测量求平均值来减小偶然误差，安装打点计时器使两限位孔中线竖直，并且选择质量适当大些、体积尽量小些的重物来减小系统误差服/务
7、/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 四、注意事项1减小误差的措施与操作规范误差来源减小误差的措施实验注意事项打点计时器应安装稳固，限位孔在一竖直线上，减小纸带与限位孔间的摩擦阻力设法减小阻力减小重物体积可减小空气阻力阻力的影响增大重物重力选用密度大的重物，一般用铁块服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 调节打点计时器注意将电磁打点计时器接在低压交流电源上，调节好振针的长度，使点迹清晰注意释放纸带与接通电源的顺序接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放纸带让重物下落实验操作不当选择纸带选择点迹清晰的纸带，最好是第1点和第2点间距接近2 mm的纸带服/务/教/师免
8、/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 h误差防止分段测量增大误差各点对应的下落高度均从起点测量，不可用累加法，否则将增大误差测量误差 v误差 减小相对误差用vnhn2hn24T比用vnhn1hn12T相对误差小服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 2.纸带选取：(1)以第一个点为起点时，要验证的是12mv 2nmghn，必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距为h12gt21210(0.02)2m2 mm.(2)以下落中某点为起点时，要验证的是 12 mv 2B 12 mv 2A mghAB，这时选择纸带不需要满足前两点间距为2 mm.3计算速
9、度时不能用vgt或v2gh，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 实验探究一 实验原理与操作 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服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 D取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O，在距离O点较近处选择连续几个计数点(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
10、锤下落的高度F计算出mghn和12mv2n，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)；更正情况是_，_，_，_.服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 【解析】本实验的目的是要验证机械能守恒定律，即比较重锤在下落过程中重力势能的减少量Ep与动能的增加量Ek是否相等，如果操作不当或错误，就会增大重锤和纸带所受阻力，导致机械能损耗过大，无法达到实验目的为了保证实验成功和减少机械能损耗，在实验操作时应遵照注意事项，因此本题可对照实验注意事项和围绕减小误差方面进行考虑服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 因本实验是通过比
11、较重力势能的减少量Ep是否等于动能的增加量Ek来验证机械能守恒的，不需要知道动能的具体数值，因而不需要测出重物(含重锤和夹子)的质量，故步骤A是多余的有错误或不妥的步骤是B、C、D、F.原因和更正办法分别是：B中“让手尽量靠近”应改为“让重锤尽量靠近打点计时器”，因打点计时器开始工作应从与重锤靠近的纸带开始打点，不致留下过长的空白纸带，纸带也不宜过长，约40 cm即可服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 C中应先接通电源，后松开纸带.因为只有当打点计时器工作正常后再让重锤下落，才可保证打第一个点时重锤的初速度为零，并且使纸带上的第一个点是清晰的小点D中应将“距离O点较近处”
12、改为“距离O点较远处”，因为所取的各计时点应尽量是重锤自由下落运动的真实记录，而打点计时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定状态，同时开始的几个点比较密集，会增加长度测量的误差服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 F中应改为“ghn和 12 v 2n”，因本实验中是通过比较重锤的重力势能减少量mghn和动能增加量 12 mv 2n 的大小来达到验证的目的，对于同一个研究对象(重锤)来说，质量是一定的，故只需比较ghn和12v2n就能达到目的【答案】见解析服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 实验探究二 实验数据分析与处理 某次“验证机械能守恒定律”
13、的实验中，用6 V、50 Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图7-9-3所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8 m/s2，重锤质量为1 kg.(1)打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB_m/s，重锤的动能EkB_J.图7-9-3服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 (2)从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为_J.(3)根据纸带提供的数据，得到的结论是：在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，_.【解析】(1)重锤下落的速度vBhAC2T 125
14、.031.410320.04m/s1.17 m/s重锤在打出B点时的动能EkB12mv2B1211.172J0.68 J服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 (2)打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量Ep减mghOB19.870.5103J0.69 J(3)由(1)、(2)计算结果可知，重锤下落过程中，在实验允许的误差范围内，动能的增加量等于其重力势能的减少量，机械能守恒【答案】(1)1.17 0.68(2)0.69(3)机械能守恒服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 实验探究三 实验创新设计 利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图7-9
15、-4所示图7-9-4服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 (1)实验步骤：将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平；用游标卡尺测量挡光条的宽度为l9.30 mm；由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s_cm；将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间t1和t2；用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修
16、2 (2)用表示直接测量的字母写出下列所示物理量的表达式：滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1_和v2_.当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1_和Ek2_.在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量Ep减_(重力加速度为g)(3)如果Ep减_，则可认为验证了机械能守恒定律服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 【解析】由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度当做瞬时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间t可从数字计时器读出，因此，滑块通过光电门的瞬时速度为 lt，由于质量事先已用天平测出，所以，滑块的动能就是已知数了测出动能的增加值，测出重力势能的减少值，如果两者在误差允许范围内相等，就验证了机械能守恒定律服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 【答案】(1)60.00(59.9660.04)(2)lt1 lt2 12(Mm)lt12 12(Mm)lt22 mgs(3)Ek2Ek1服/务/教/师免/费/馈/赠 返回菜单配人教版物理必修2 课时作业（二十）点击图标进入
