包場(chǎng)鎮(zhèn)高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 7.9 機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)學(xué)案（無答案）新人教版必修2

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第九節(jié) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律【知識(shí)鏈接】實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)原理（1）在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能互相轉(zhuǎn)化,但總的 保持不變?nèi)粑矬w某時(shí)刻的瞬時(shí)速度為v，下落高度為h，則重力勢(shì)能的減少量為 ，動(dòng)能的增加量為 ，看它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等,若相等則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律（2）計(jì)算打第n個(gè)點(diǎn)時(shí)速度的方法：測(cè)出第n個(gè)點(diǎn)與相鄰前后點(diǎn)間的距離xn和xn1，由公式vn 或vn算出,如圖所示實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)(含鐵夾)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器， ，紙帶，復(fù)寫紙，導(dǎo)線， ，重物（帶紙帶夾)實(shí)驗(yàn)步驟1.安裝、準(zhǔn)備:按如圖裝置把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線把

2、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生電源連接好把紙帶的一端用夾子固定在重物上,另一端穿過計(jì)時(shí)器限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭?2打紙帶:先 ，后 ，讓重物帶著紙帶自由下落，這樣計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下了一系列點(diǎn)，更換紙帶重復(fù)上述步驟做35次實(shí)驗(yàn)3選紙帶：分兩種情況來說明 （1)用mv2mgh來驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)選點(diǎn)跡清晰,且1、2兩點(diǎn)間距離小于或接近2 mm的紙帶若1、2兩點(diǎn)間的距離大于2 mm，這是由于先釋放紙帶,后接通電源造成的這樣，第1個(gè)點(diǎn)就不是運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)了，這樣的紙帶不能選(2)用mvmvmgh驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢(shì)能的相對(duì)性,處理紙帶時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn),這樣紙帶上打出的第1、2兩點(diǎn)間的距離是否為2 m

3、m就無關(guān)緊要了,所以只要后面的點(diǎn)跡清晰就可選用4數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理的基本方法有方法一：用mv2mgh驗(yàn)證時(shí)，利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算方法二：用mvmvmgh驗(yàn)證時(shí)，任取兩點(diǎn)計(jì)算方法三：圖象法從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn),測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2h圖線若在誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律【規(guī)律方法總結(jié)】1誤差分析（1）測(cè)量誤差:減小測(cè)量誤差的方法，一是測(cè)下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起,一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)下落高度測(cè)量完，二是多測(cè)幾次取平均值（2）系統(tǒng)誤差:由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功

4、，故動(dòng)能的增加量ekmv必定稍小于重力勢(shì)能的減少量epmghn,改進(jìn)辦法是調(diào)整安裝的器材，盡可能地減小阻力2注意事項(xiàng)（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要豎直：安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)，以減少摩擦阻力(2)重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料（3）應(yīng)先接通電源,讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作，后松開紙帶讓重物下落(4）測(cè)長度,算速度：某時(shí)刻的瞬時(shí)速度的計(jì)算應(yīng)用vn,不能用vn或vngt來計(jì)算思考：本實(shí)驗(yàn)中如果有摩擦阻力作用，機(jī)械能還守恒嗎？能否通過平衡摩擦力來消除摩擦阻力引起的誤差？【基礎(chǔ)自查】1在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，要驗(yàn)證的是重物重力勢(shì)能的減少量等于其動(dòng)能的增加量,以下步驟僅

5、是實(shí)驗(yàn)中的一部分，在這些步驟中多余或錯(cuò)誤的有（ )a用天平稱出重物的質(zhì)量b把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定到鐵架臺(tái)上,并用導(dǎo)線把它和低壓交流電源連接起來c把紙帶的一端固定到重物上,另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,把重物提升到一定高度d接通電源,釋放紙帶e用停表測(cè)出重物下落的時(shí)間2在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)中 需要測(cè)量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h某小組的同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,共設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案，其中正確的是（ )a用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并測(cè)出下落時(shí)間t，通過v = gt計(jì)算出瞬時(shí)速度v b用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并通過v = 計(jì)算出瞬時(shí)

6、速度vc根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前、后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v，并通過h = v2/2g計(jì)算出高度hd用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前、后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v 已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，使用交流電的頻率為f在打出的紙帶上選取連續(xù)打出的五個(gè)點(diǎn)a、b、c、d、e，如圖所示測(cè)出a點(diǎn)距離起始點(diǎn)o的距離為s0，a、c兩點(diǎn)間的距離為s1,c、e兩點(diǎn)間的距離為s2，根據(jù)前述條件，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)滿足關(guān)系式_，即驗(yàn)證了物體下落過程中機(jī)械能是守恒的而在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中,往往會(huì)出現(xiàn)物體的動(dòng)能增加

7、量略小于重力勢(shì)能的減少量，出現(xiàn)這樣結(jié)果的主要原因是_【能力提升】一、對(duì)實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)步驟的考查解答實(shí)驗(yàn)題時(shí)，首先應(yīng)弄清實(shí)驗(yàn)原理和誤差來源，然后針對(duì)具體題目進(jìn)行全面分析只有從原理上著手,問題的解答才有依據(jù)，絕不能死記實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng) 例1。在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，電源的頻率為50 hz,依次打出的點(diǎn)為0、1、2、3、4、n.則：(1）如用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來驗(yàn)證，必須直接測(cè)量的物理量為_、_、_，必須計(jì)算出的物理量為_、_，驗(yàn)證的表達(dá)式為_（2)下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是_(填寫步驟前面的字母）a將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺(tái)上b接通電源,再松開紙帶，讓重物自由

8、下落c取下紙帶，更換新紙帶（或?qū)⒓垘ХD(zhuǎn))重新做實(shí)驗(yàn)d將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,用手提著紙帶e選擇一條紙帶，用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h1、h2、h3hn，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3vnf分別算出mv和mghn，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)看是否相等二、對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的考查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理:1.公式法：要依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理正確選用公式 2.圖像法：依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理找出變量間的線性關(guān)系，畫出相應(yīng)的函數(shù)圖像例2.在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，使質(zhì)量為m1.00 kg的重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，選取一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶如圖所示o為第一個(gè)點(diǎn)，a、b、c為從

9、合適位置開始選取的三個(gè)連續(xù)點(diǎn)（其他點(diǎn)未畫出）已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0。02 s打一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間9.8 m/s2,那么：(1）紙帶的_端(填“左”或“右”）與重物相連；（2）根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)，應(yīng)取圖中o點(diǎn)到_點(diǎn)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；（3)從o點(diǎn)到(2）問中所取的點(diǎn)，重物重力勢(shì)能的減少量ep_j，動(dòng)能增加量ek_j(結(jié)果取三位有效數(shù)字) (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論是_.變式1。某實(shí)驗(yàn)小組利用圖1裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)，圖2是他們選擇的一條較理想的紙帶，o點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個(gè)點(diǎn)，計(jì)數(shù)點(diǎn)a、b、c、d、e、f是紙帶上相鄰的點(diǎn)他們測(cè)出了各點(diǎn)與o點(diǎn)的距離h后做出了必要的計(jì)算，測(cè)量和計(jì)算的記錄

10、見下表（計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度用v表示）圖1圖2計(jì)數(shù)點(diǎn)abcdefh(cm）6.939.4712.415.7119.4123.49v(m/s)1。161.371。561。751。952。14v2(m2/s2)1。351。882。433。064。054.58（1）測(cè)量某點(diǎn)與o點(diǎn)距離h的記錄中不合理的一組是_(填寫計(jì)數(shù)點(diǎn)名稱）（2)計(jì)數(shù)點(diǎn)d、e、f與o點(diǎn)之間的距離分別是hd、he、hf表示,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期用t表示，則打下計(jì)數(shù)點(diǎn)e時(shí)紙帶的速度ve_（用符號(hào)表示），重物運(yùn)動(dòng)的加速度a_(用符號(hào)表示）（3)該小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立如圖所示坐標(biāo)系，標(biāo)出了各組測(cè)量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)，并在坐標(biāo)系中畫出v2h圖線由圖線可以判斷計(jì)數(shù)點(diǎn)_的測(cè)量誤差較大（填寫計(jì)數(shù)點(diǎn)名稱）,據(jù)圖線得到重力加速