8.5实验：验证机械能守恒定律 导学案 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

实验：验证机械能守恒定律 【实验目的】验证机械能守恒定律 【实验原理】在自由落体运动中只有重力做功，物体的 和 相互转化，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 及计算出 ，从而验证在自由下落的过程中，物体的 和相应过程 相等，即 ，从而验证机械能守恒定律。 【实验器材】电磁打点计时器、低压交流电源、纸带、复写纸片、重物、毫米刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线 【实验步骤】 1、按图装置竖直架稳打点计时器，并用导线将打点计时器接在电源上。 2、如图1-8-9所示，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器； 3、用手握着纸带，让重物静止地靠近打点计时器，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点。 4、换几条纸带，重做上面的实验 5、从几条打下点的纸带中挑选点迹清楚的纸带进行测量，测出一系列各计数点到第一个点的距离d1、d2，据公式，计算物体在打下点1、2……时的即时速度v1、v2……，计算相应的动能的增加值。 6、用刻度尺测量纸带从点O到点1、2……之间的距离h1、h2……，计算出相应减少的重力势能。 7、计算出各点对应的势能的减少量mgh，和动能的增加量进行比较。 【注意事项】 1、打点计时器安装时，必须使 ，以减小摩擦阻力。 2、实验时，需保持提纸带的手不动，先 ，让打点计时器工作正常后才 让重锤下落。 3、选纸带时应挑选 的纸带。 4、实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，所以动能的增加量在误差允许范围内 势能的减少量。 5、因不需要知道动能和势能的具体数值，所以 测量重物的 。  【误差分析】 1、因重锤自由下落时忽略阻力作用，所以在实验中应尽量减小由于纸带的阻力产生的系统误差.实验中，应选用 较大 较小些的重锤以减小 的阻力，打点计时器应竖直架稳固定,纸带竖直拿高以减小 对纸带的阻力，复写纸应放在纸带的上面使振针间接接触纸带,以减小振针对纸带的阻力，有条件的最好选用电火花计时器.另外g要取当地的重力加速度，若未指明,则g取9.8 m/s2. 2、由于测量长度带来的是偶然误差，减小该误差的办法是在测量下落高度时，一是选取的各计数点要离起始点O 些，可减小由于测物体下落高度h带来的相对误差；二是多测几次取平均值 验证方法 ： 1 2 3 【典型例题】 1、利用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验，按正确的实验操作得到几条纸带.一位同学选取了一条头两点间的距离明显小于2 mm的纸带进行标点（标出0、1、2、3……各实际点迹），测出各点与0点的高度差h1、h2、h3……那么能否用它正确计算比较点n位置处的动能与重力势能的对应关系（n＝2,3，4……），即能否验证 mvn2=mghn？为什么？ 2、（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有： ；缺少的器材是 。 （2）在验证机械能守恒定律时，如果以v2／2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。 （3）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图3所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2……为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为____ _____。在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为___ _____。要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_________号和第__________号计数点之间的过程为研究对象。 （4）某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图4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9.8m/s2，若重锤质量为1kg。 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。 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，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，得到的结论是 。 3、将下列验证机械能守恒定律的实验步骤按正确顺序排列起来 A．选取第1、2点的距离接近2mm的一条纸带，在这条纸带上选定计数点． B．将铁架台放在实验桌上，用附夹把打点计时器固定在铁架台上． C．换新纸带重复实验． D．量出从首点到各计数点间的距离，并算出各计数点的即时速度． E．比较△Ek和△Ep在误差允许范围内是否近似相等． F．在重锤上夹持一纸带，并将它从打点计时器的复写纸下面穿过限位孔，手持纸带保持竖直方向，接通电源后，松手让重锤牵引纸带下落，得到打点的纸带． G．计算各计数点的动能增加量△Ek和势能减小量△Ep． 合理顺序是 。 答案：动能 重力势能 高度 瞬时速度 重力势能的减小量 动能的增加量 mg△h=1/2mv22 -1/2mv12 ；使限位孔在一条竖直线上 减小重物体积 接通电源 点迹清晰 小于 不用 质量 ；质量 体积 空气；限位孔 远；例1 不能 略 例2（1）秒表、低压直流电源、天平；低压交流电源、重锤、刻度尺（2）通过原点的直线、g (3)（s6+s5+s4-s3-s2-s1）/9T2 （s5+s6）/2T，1、5（4）1.175,0.69,0.69；0.69；机械能守恒 例3 BFCADGE 学科网（北京）股份有限公司 $$