第1章 第5节　第2课时　验证机械能守恒定律（课件 学案）高中物理 鲁科版（2019）必修 第二册

第2课时　验证机械能守恒定律 一、实验目的 1.验证机械能守恒定律。 2.进一步熟悉打点计时器的使用。 二、实验器材 铁架台、打点计时器、交流电源、纸带、重物、天平、砝码、刻度尺。 三、实验思路 让带有纸带的重物自由下落，利用打点计时器记录重物下落的运动情况，测出重物下落的高度和对应的瞬时速度，用天平称出重物的质量，算出重物的动能和重力势能，比较重物各点的机械能。 四、物理量的测量 1.要验证的表达式 （1）m＋mgh1＝m＋mgh2。 （2）mgh1－mgh2＝m－m。 2.需要测量的物理量 （1）质量：用天平测量。 （2）高度：用刻度尺测量。 （3）瞬时速度 用打点计时器打出的纸带测量。（利用某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度） 五、实验步骤 1.称质量：使用天平称出重物质量。 2.安装实验装置：按图甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。 3.打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，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。先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落。重复几次，得到3～5条打好点的纸带。 4.选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量两位置之间的距离Δh及两位置时的速度，代入表达式进行验证。 六、数据处理 1.计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式vn＝计算出某一点的瞬时速度vn。 2.机械能守恒定律的验证 方法一：利用起始点和第n点 选择开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内mghn＝m，则机械能守恒定律得到验证。 方法二：任取两点A、B 如果在实验误差允许的范围内mghAB＝m－m，则机械能守恒定律得到验证。 方法三：图像法（如图所示） 若在实验误差允许的范围内图线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。 七、误差分析 本实验的误差主要是由纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差。 八、注意事项 1.应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有： （1）安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。 （2）应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，使空气阻力减小。 2.实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直。接通电源后，等打点计时器工作稳定后再松开纸带。 3.纸带的选取 （1）以第一个点为起点时，要验证的是m＝mghn，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h＝gt2＝×10×（0.02）2 m＝2 mm。 （2）以下落中某点为起点时，要验证的是m－m＝mghAB，这时选择纸带不需要满足两点间距为2 mm。 4.计算速度时不能用v＝gt或v＝，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。 5.测量下落高度时，为减小实验误差，后边的点应距起点O较远，在测量各点到O点的距离时，应当用刻度尺从O点量起，一次性读出各点到O点的距离。 题型一　实验原理与操作 【典例1】　利用如图甲所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。 （1）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是　　　　。 A.交流电源　B.刻度尺　C.天平（含砝码） （2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。 已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝　　　，动能变化量ΔEk ... ...