高中物理人教版第七章機械能守恒定律實驗驗證機械能守恒定律 省獲獎

第七章機械能守恒定律第9節(jié)實驗：驗證機械能守恒定律【學習目標】1、會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度。2、掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理。3.通過用紙帶與打點計時器來驗證機械能守恒定律，體驗驗證過程和物理學的研究方法。【重點】掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理?！倦y點】驗證機械能守恒定律的誤差分析及如何減小實驗誤差的方法。預習案1、推導出機械能守恒定律在本實驗中的具體表達式。在圖1中，質量為m的物體從O點自由下落，以地作零重力勢能面，下落過程中任意兩點A和B的機械能分別為：EA=，EB=如果忽略空氣阻力，物體下落過程中的機械能守恒，于是有:上式亦可寫成為了方便，可以直接從開始下落的O點至任意一點（如圖1中A點）來進行研究，這時應有：----本實驗要驗證的表達式，式中h是高度，vA是物體在A點的速度。2、如何求出A點的瞬時速度vA？3、如何確定重物下落的高度？4、怎樣驗證機械能守恒定律？探究案探究一：該實驗中選取被打點紙帶應注意兩點：一是第一點O為計時起點，二是O點的速度應為零。怎樣判別呢？探究二:是否需要測量重物的質量？探究三：在架設打點計時器時應注意什么？為什么？探究四：實驗時，接通電源和釋放紙帶的順序怎樣？為什么？探究五：測量下落高度時，某同學認為都必須從起始點算起，不能弄錯。他的看法正確嗎？為了減小測量h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點適當遠些好，還是近些好？實驗步驟1．把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導線將學生電源和打點計時器接好．2．把紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重錘?？吭诖螯c計時器附近．3．接通電源，待計時器打點穩(wěn)定后再松開紙帶，讓重錘自由下落，打出一系列的點．4．重復上一步的過程，打兩到三條紙帶．5．選擇一條點跡清晰且第l、2點間距離接近2mm的紙帶，在起始點標上0，以后各點依次為1、2、3……用刻度尺測量對應下落的高度h1\h2\h3，……記人表格中．6．用公式vn=hn+1+hn-1/2t，計算出各點的瞬時速度v1\v2\v3……并記錄在表格中．7．計算各點的重力勢能的減少量。和動能的增加量，并進行比較．看是否相等，將數(shù)值填人表格內(nèi)．（五）實驗數(shù)據(jù)處理各計數(shù)點12345下落高度初末速度勢能動能結論誤差分析：課堂小結：課后鞏固【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．用天平測出重錘的質量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eq\f(1,2)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，則結果()A．mgh>eq\f(1,2)mv2 B．mgh<eq\f(1,2)mv2C．mgh＝eq\f(1,2)mv2 D．以上都不可能4．某同學在做“驗證機械能守恒定律”的實驗時，不慎將一條選擇好的紙帶的前面部分損壞了，剩下的一段紙帶上各點間的距離，他測出并標在紙帶上，如圖1所示．已知打點計時器打點的周期T＝s，重力加速度g取m/s2.圖1(1)利用紙帶說明重物通過第2、5兩點時機械能守恒．(2)分別說明為什么得到的結果是重力勢能的減少量略大于動能的增加量？【方法技巧練】實驗數(shù)據(jù)的處理方法5．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，根據(jù)紙帶算出各點的速度v，量出下落距離h，則以v2為縱軸，以h為橫軸，畫出的圖線應是下圖中的()6．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50Hz，查得當?shù)氐闹亓铀俣萭＝m/s2，某同學選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各計數(shù)點對應刻度尺上的讀數(shù)如圖2所示，圖中O點是打點計時器打出的第一個點，A、B、C、D分別是每兩個點取出的計數(shù)點．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點運動到B點時．圖2(1)重力勢能的減少量為多少？(2)動能的增加量是多少？(3)根據(jù)計算的數(shù)據(jù)可得出什么結論？產(chǎn)生誤差的主要原因是什么？課后反思：參考答案課后鞏固1．CD，2．(1)A、B、D(2)底板要豎直給打點計時器通電釋放重物(3)B、G、C、F、H，3．A，4．見解析解析(1)v2＝eq\f(s13,2T)＝eq\f(＋×10－2,2×m/s＝m/sv5＝eq\f(s46,2T)＝eq\f(＋×10－2,2×m/s＝m/sΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,5)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＝而ΔEp＝mgs25＝m××＋＋×10－2＝故在系統(tǒng)誤差允許的范圍內(nèi)重物通過第2、5兩點時機械能守恒．(2)不難看出ΔEp>ΔEk，這是因為重物下落的過程中除了受到空氣阻力的作