验证机械能守恒定律

栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律第九节实验：验证机械能守恒定律栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律目标导航学习目标：1.掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律.2.知道实验的原理、方法和过程.3.会处理实验数据，并能对实验结果进行讨论及误差分析.重点难点：实验条件的控制及数据处理.栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律新知初探·自主学习一、实验原理1.机械能守恒定律(1)当只有重力做功时，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变．(2)做自由落体运动的物体，只受重力作用，其机械能是守恒的．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律2.实验原理图7－9－1栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律(1)如图7－9－1所示，借助打点计时器打出的纸带，测出物体自由下落的高度h和该时刻的速度v，以纸带上的第n个点为例，如图7－9－2中的纸带，打第n个计数点时的瞬时速度等于以该时刻为中间时刻的某一段时间内的平均速度．即vn＝xn＋xn＋12T＝hn＋1－hn－12T图7－9－2栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律(2)物体下落的高度为h时速度为v,则物体的重力势能减小量为mgh,动能增加量为12mv2,如果mgh＝12mv2,即gh＝12v2，就验证了机械能守恒定律．二、实验器材铁架台(带铁夹)，打点计时器，重物(带纸带夹子)，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，学生电源．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律三、探究步骤1.安装置：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，打纸带：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．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律3.选纸带：选取点迹较为清晰的，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.数据处理：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…；利用公式vn＝hn＋1－hn－12T，计算出点2、点3、点4…的瞬时速度v1、v2、v3….栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律要点探究·讲练互动实验数据处理1.选取纸带(1)选择开始的一段时,要验证的是12mv2n＝mghn,必须保证纸带上的第一点为重物静止释放时打的点,所以前两个点的间距为h＝12gt2＝12×10×(0.02)2m＝2mm.(2)选择运动中的一段时,要验证的是12mv2m－12mv2n＝mghmn,这时选择纸带不需要满足两点间距为2mm.栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律2.计算速度利用公式vn＝hn＋1－hn－12T，计算出点2、点3、点4…的瞬时速度v2、v3、v4….计算速度时不能用v＝gt或v＝2gh，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律3.验证方法法一：将测量出的数据代入gh和12v2，比较gh和12v2在实验误差允许的范围内是否相等．法二：任取两点A、B，测出hAB，算出ghAB，算出12v2B－12v2A的值，比较ghAB和12v2B－12v2A在实验误差允许的范围内是否相等．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律(2012·金陵中学高一检测)某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带一部分损坏，损坏的是前端部分．剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图7－9－3中，单位是cm.已知打点计时器工作频率为50Hz，重力加速度g取9.8m/s2.图7－9－3例1栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律(1)重物在2点的速度v2＝________，在5点的速度v5＝________，此过程中动能增加量ΔEk＝________，重力势能减少量ΔEp＝________．(2)比较得ΔEk________ΔEp(填“大于”、“等于”或“小于”)，原因是_________________．由以上可得出实验结论__________________．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律(3)根据实验判断下列图象正确的是(其中ΔEk表示物体动能的变化,Δh表示物体下落的高度)()图7－9－4栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律【思路点拨】求某一点的速度时应根据中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度；因为存在空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦阻力，物体在下落过程中减少的重力势能并不等于增加的动能．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律【精讲精析】(1)根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点的速度v2＝（2.8＋3.2）×10－22×0.02m/s＝1.50m/s和重物在5点的速度v5＝（4.0＋4.3）×10－22×0.02m/s＝2.075m/s所以动能增加量为ΔEk＝12mv25－12mv22＝1.03mJ，我们选5点为重力势能参考点，则重力势能减少量为ΔEp＝mgh25＝m×9.8×(3.2＋3.6＋4.0)×10－2J＝1.06mJ.栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律(2)显然ΔEkΔEp，原因是实验中重锤要克服阻力做功．由以上可得出实验结论为：在误差允许的范围内，机械能守恒．(3)物体机械能守恒,应有物体减少的重力势能转化为增加的动能,即ΔEk＝mgΔh，可见物体增加的动能与下落的距离成正比,选项C正确．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律【答案】(1)1.50m/s2.075m/s1.03mJ1.06mJ(2)小于实验中重锤要克服阻力做功在误差允许的范围内，机械能守恒(3)C栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律误差分析与注意事项1.误差分析(1)偶然误差：测量相关长度时带来的，减小的方法是多测几次取平均值．(2)系统误差：实验过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量ΔEk必定稍小于势能的减少量ΔEp.再者，交流电的频栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律率f不是50Hz也会带来系统误差．若f＞50Hz，由于速度值仍按频率为50Hz计算，频率的计算值比实际值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，使Ek＜Ep的误差进一步加大；根据同样的道理，若f＜50Hz，则可能出现Ek＞Ep的结果．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律2.注意事项(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，可使空气阻力减小．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律(3)实验时，应先接通电源，让打点计时器工作正常后再松开纸带让重物下落．(4)本实验中的两种验证方法中，均不需要测重物的质量m.(5)速度不能用v＝gt或v＝2gh计算，而应用vn＝hn＋1－hn－12T进行测量并计算．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律在用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中：(1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为________．A．打点计时器(包括纸带)B．重锤C．天平D．毫米刻度尺E．秒表F．运动小车例2栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律(2)打点计时器的安装放置要求为________________；开始打点计时的时候，应先____________，然后____________．(3)计数时对所选用的纸带要求是_________．(4)实验中产生系统误差的主要原因是_________________________；使重锤获得的动能往往________________________________，为减小误差，悬挂在纸带下的重锤应选择____________．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律【精讲精析】根据实验原理可知选用的器材为A、B、D.(2)打点计时器的安装放置要求底板要竖直，打点计时器靠近底板安装并固定．实验时应先接通电源，再释放纸带．(3)计数时对所选用的纸带要求是点迹清晰，最初两点间距离接近2mm.栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律(4)实验中纸带通过打点计时器的阻力是产生系统误差的主要原因．由于阻力的作用使重锤获得的动能往往小于它所减少的重力势能．为减小误差，悬挂在纸带下的重锤应选择质量大，密度大的．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律【答案】(1)ABD(2)底板要竖直，打点计时器靠近底板安装并固定接通电源释放纸带(3)点迹清晰，最初两点间距离接近2mm(4)纸带通过打点计时器的阻力小于它所减少的重力势能质量大、密度大的重锤栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律实验创新利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图7－9－5所示：图7－9－5例3栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平；②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l＝9.30mm;③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝______cm；④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已能过光电门2；栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式．①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________；栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________；③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中,系统势能的减少量ΔEp＝_____(重力加速度为g)．(3)如果ΔEp＝________，则可认为验证了机械能守恒定律．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律【精讲精析】由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度当做瞬时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间Δt可从数字计时器读出，因此，滑块过光电门的瞬时速度为lΔt，由于质量事先已用天平测出．所以，滑块的动能就是已知数了．测出动能的增加值，测出重力势能的减小值，在误差允许范围内相等，就验证了机械能守恒定律．栏目导引要点探究讲练互动新知初探自主学习知能演练轻松闯关第七章机械能守恒定律【答案】(1)③60.00(答案在59.96～60.04之间均给分)(2)①lΔt1l