第四章 机械能及其守恒定律 第六节 验证机械能守恒定律 学习目标 学法指导 1.能提出可验证的物理问题 2．能在他人帮助下制订科学验证方案，会使用实验器材获取数据 3．能根据数据形成结论，会分析产生实验误差的原因 4．能撰写符合要求的实验报告，能与他人交流探究过程和结果 5．注意提升科学推理与科学论证能力 1.通过认真阅读教材，明确实验目的，理解实验原理和实验设计思路 2．通过“研究自由下落物体的机械能”和“研究沿斜面下滑物体的机械能”实验，掌握实验方法，明确实验中需要注意的问题 3．通过误差分析，掌握减少实验误差的方法，并能创新设计新的实验 知识导图 预习导学 | 新知领悟 一、实验目的 利用重物的自由下落验证机械能守恒定律． 二、实验思路 机械能守恒的前提“只有重力或弹力做功”，因此可用小球自由落体的过程、物体沿光滑斜面下滑的过程和用细线悬挂小球摆动的过程来验证机械能守恒定律． 三、物理量的测量 利用打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线．测量物体下降的高度及运动的速度． 四、实验步骤 1．安装：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与低压交流电源相连接． 2．接电源，打点：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近．接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落，重复几次，打下3～5条纸带． 3．选纸带：选取点迹较为清晰的纸带，挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0、1、2、3… 4．数据测量：测出0到点1、点2、点3…的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3… 六、注意事项 1．安装打点计时器时，必须使两个限位孔在同一竖直线上，以减少摩擦阻力． 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，可使空气阻力减小． 3．实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动．接通电源后，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点． 七、误差分析 1．本实验的误差主要来自于空气阻力及纸带和计时器限位孔之间的摩擦，故重力势能的减少量应等于动能增加量和克服阻力做功之和，所以动能的增加量应略小于重力势能的减少量． 2．偶然误差 测量长度时会带来误差，减少误差的办法： (1)测距离时都应从打第一个点(O点)量起． (2)多测几次取平均值． 3．系统误差 实验中重物和纸带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ΔEk必定稍小于重力势能的减少量ΔEp，减少误差的办法：(1)增大重物的质量．(2)减小器材摩擦，打点计时器换成电火花计时器． 多维课堂 | 素养初培 精练1 用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压有6 V的交流电和直流电两种，重物从高处由静止开始下落，重物拖着纸带通过打点计时器打出一系列的点．对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律． 实验原理和过程 (1)下面列举了该实验的几个操作步骤： A．按照图示的装置安装器材； B．将打点计时器接到电源的直流输出端上； C．用天平测出重物的质量； D．释放纸带，同时接通电源开关打出一条纸带； E．测量打出的纸带上某些点之间的距离； F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能． 变式1 如图甲所示，用落体法验证机械能守恒定律． 在实验中打点计时器所接交流电频率为50 Hz，当地重力加速度g＝9.8 m/s2.实验选用的重物质量为1.0 kg，纸带上打点计时器打下的连续计时点A、B、C、D到O点的距离如图乙所示，则重物从O点运动到C点，重力势能减少_____J，重物经过C点时的速度为_____m/s，其动能的增加为_____J．(结果保留 ... ...
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