1、第五课时 实验：探究功与物体速度变化的关系 验证机械能守恒定律考点剖析一、探究功与物体速度变化的关系【实验目的】1通过实验，探究功与物体速度变化的关系2了解探究功与物体速度变化关系的思路3学习利用图象法处理实验数据【实验原理】如图所示，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行，当我们用2条、3条同样的橡皮筋进行第2次、第3次实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致，那么第2次、第3次实验中橡皮筋对小车做的功就是第1次的2倍、3倍如果把第1次实验时橡皮筋的功记为W，以后各次的功就是2W、3W. 由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由打点计时器打出的纸带测出，这样进行若干次测量，就得到若干组功和速
2、度的数据【实验步骤】 1按上图组装好实验仪器，由于小车在运动中会受到阻力，把木板略微倾斜，作为补偿 2.先用一条橡皮筋进行实验，把橡皮筋拉伸一定长度，理清纸带，接通电源，放开小车 3.换用纸带，改用2条、3条同样的橡皮筋进行第2次、第3次实验，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都相同 4.由纸带算出小车获得的速度，把各次实验获得的速度依次记人设计的表格中5.对观测数据进行估计，大致判断两个量可能的关系，然后以W为纵坐标，以护（或。、v3、石）为横坐标作图【实验数据处理】在处理数据的时候，如果作出的功速度曲线是一条直线，表明橡皮筋做的功与小车获得的速度的关系是正比例关系，即W-v；如果不是直线，就需要根
3、据测得的速度分别按v2、v3、算出相应的功的值，实际测得的速度与哪一种最接近，它们之间就是哪一种关系 二、验证机械能守恒定律【实验目的】1进一步明确机械能的确切含义2验证机械能守恒定律【实验原理】只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总的机械能守恒，利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h及计算出的瞬时速度v，从而验证物体在自由下落过程中，重力势能的减少量P= mgh与物体动能的增加量Ek=mv2/2相等思考1：实脸中为什么不必用天平测童重锤的质量？思考2：实验时不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了，能否用来验证机械能守恒定律？【实验步骤】1把打点计时器
4、按图安装在铁架台上，用导线将打点计时器与学生电源连接好 2把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，用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器附近 3先接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点 4取下纸带，换上新的纸带重打几条（3-5条）5从打出的各纸带中挑出一条点迹清晰且第1，2两打点间距离接近2 mm的纸带，在第一个打点上标出O，并从稍靠后的某一点开始，依次标出1,2,3,并量出各点到位置O的距离h1 ,h2 ,h3 ,并记人表格中， 6用公式vn=v中计算出各点对应的瞬时速度v1, v2 , v3 , v4，并记录在表格中
5、 7计算打各点时重力势能的减少量mgh和动能的增加量喜mv2/2并进行比较，看是否相等，将计算数值代人表格中重点突破知识点一探究功与物体速度变化关系注意事项1木板要略微倾斜，以平衡摩擦力（即摩擦力与重力的下滑分力力平衡）。2实验中使用的橡皮筋应该是完全相同的橡皮筋3实验时使用不同条数的橡皮条时，小车应拉到同一位置由静止释放。知识点二验证机械能守恒定律注意事项1实验中打点计时器的安装，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。 2实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常后再松开纸带让重锤下落 3打点计时器必须接50 Hz交流低压电源 4手提纸带上端时，释放纸带时，保证重锤下落的初速度为
6、零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点 5为减小测量h值的相对误差，选取的各个记数点要离起始点远些纸带也不宜过长，约40 cm即可 6.选取的纸带最好使第1,2两点间的距离接近2mm并且点迹清晰因为打点计时器每隔0.02 s打一次点，自由落体运动在最初0.02s内下落的距离2 mm。所以，纸带第1,2两点间的距离接近2 mm,意味着纸带是在打第1个点的瞬间开始下落【应用1】在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源的频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9. 80 m/s2，测得所用重物的质量为1.0 kg，甲、乙、丙三学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、第2两点
7、间的距离分别为0. 10 cm、0. 19 cm和0. 25 cm,则可肯定 （选填“甲” 、“乙” 、“丙”）在操作上有错误，错误是 。导示: 因为打点计时器每隔0.02 s打一次点，自由落体运动在最初0.02s内下落的距离2 mm。所以，纸带第1,2两点间的距离接近2 mm。故操作有错误的上甲 、丙，它们第1，2两个点间距与2mm相差太大。第1，2两点间距2mm是我们判断纸带初速为零常用方法之一。知识点三数据处理及误差分析 1.由于测量长度带来的误差属于偶然误差，减小办法：一是测距离时都应从刻度清晰的某点量起；二是多测几次取平均值；三是用图象法处理数据。2.本实验实验关于速度的求解，只能从
8、纸带上直接求出物体实际下落的速度，而不能用理论值计算；高度h只能用刻度尺直接测量。3.实际上重锤和纸带在下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，故动能的增加量Ek必定稍小于势能的减少量EP，这是属于系统误差。【应用2】（春来高中20072008学年度上期高三第四次月考）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。其中O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)。（1）这三个数据中不符合有效数字读数要求的是 ，应记作 cm。（2）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
9、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，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（填“大于”、“小于”或“等于”），原因是 。导示:（1）从题目提供的数据看，OA及OB段小数点后保留两位有效数字，而OC段小数点后只有一位有效数字，应写成15.70。（2）EP=mghOB=1.22m J Ek=mvB2/2=1.20m J大于 因为有摩擦生热，减少的重力势能一部分转化为内能 成功体验1水平实验台滑轮小沙桶滑块细线打点计时器纸带长木板某探究学习小组的同
10、学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则： （1）你认为还需要的实验器材有 （2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是 ，实验时首先要做的步骤是 （3）在（2）的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上
11、取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1 v2）则本实验最终要验证的数学表达式为 （用题中的字母表示实验中测量得到的物理量）2（上海市杨思中学2007学年第一学期期中考试）如图所示，将包有白纸的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在马达（即电动机）上并随之转动，使之替代打点计时器当烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由落下，毛笔就在圆柱棒面上的纸上画出记号，测得记号之间的距离依次为26 mm、42mm、58mm、74mm、90mm、106mm已知马达铭牌上标有“1440 rmin”的字样，由此验证机械能守恒定律根据以上内容回答下列问题：(1)毛笔画的相邻记号间的时间间隔T=_s，图11中的圆柱棒的_端是悬挂端(填“左”或“右”)(2)根据图中所给的数据，可知毛笔画下记号C时，圆柱棒下落的速度VC=_，画下记号D时，圆柱棒下落的速度VD=_，动能的变化量为_，在这段这位移上，圆柱棒重力势能的变化量为_（设棒的质量为m）。参考答案1（1）天平，刻度尺 （2）沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，平衡摩擦力（3）2（1）0.042；左（2）1.190；1.571；0.526m；0.568m
