1、第四章第四章 机械能和能源机械能和能源 4.5 4.5 机械能守恒定律机械能守恒定律 第二课时第二课时 学习目标定位 验证机械能守恒定律. 熟悉瞬时速度的测量方法. 能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论 ， 能定性地分析产生误差的原因. 学习探究区 一、实验步骤 二、数据处理 三、误差分析 四、实验注意事项 一、实验步骤 按图甲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 1.1.安装置安装置 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放手，让重物拉着纸带自由下落重复几次 ，得到35条打好点的纸带
2、 2 2打纸带打纸带 ： 一、实验步骤 从打好点的纸带中挑选点迹清晰且开始的两点间距接 近2 mm的一条纸带，在起始点标上0，以后任取间隔 相同时间的点依次标上1、2、3. 3 3选纸带：选纸带： 用刻度尺测出0到1、2、3的距离，即为对应下落的 高度h1、h2、h3. 4 4测距离测距离 ： 二、数据处理 1 1计算各点对应的瞬时速度计算各点对应的瞬时速度 ： 2 2机械能守恒验证机械能守恒验证 ： 方法一：利用起始点和第n点 根据公式 ，计算出1、2、3、n点的瞬时速度v1、v2、v3、 、vn. 从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为 ，计算ghn和 ，如果在实验
3、误差允许范围内ghn ，则机械能守恒 定律得到验证 二、数据处理 方法二：任取两点A、B. 计算各计数点 ，以 为纵轴，以各点到第一个点的 距离h为横轴，根据实验数据会出 -h图线(如图).若在 误差允许范围内图像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 从A点到B点，重力势能减少量为mghAmghB，动能增加量为 ，计算ghAB和 ，如果在实验误差允许范围内ghAB ，则 机械能守恒定律得到验证 方法三：图像法(如图所示) 三、误差分析 1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 2测量时采取多次测量求平均值
4、的方法来减小偶然误差，安装打点计 时器使两限位孔中线竖直，并且选择质量适当大些、体积尽量小些 的重物来减小系统误差 四、实验注意事项 1打点计时器安装要稳固，并使两限位孔的中线在同一竖直线上 ， 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，可使空气阻力相对减小 3实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带 让重物下落 4本实验中的两种验证方法均不需要测重物的质量m. 5速度不能用vgt或v 计算，应根据纸带上测得的数据， 利用 计算瞬时速度 典例精析 例1 某同学利用重物自由下落来“验证机 械能守恒定律”的实验装置如图甲所示
5、 (1)请指出实验装置中存在的明显错误： _. (2)进行实验时，为保证重物下落时初速 度为零，应_(选填“A”或“B”) A先接通电源，再释放纸带 B先释放纸带，再接通电源 打点计时器的工作电源是 打点计时器不能接在“直流电源” 当打点计时器打点时， 纸带已经下落， 打下的第1个点的速度不为零 A 典例精析 例1 某同学利用重物自由下落来“验证机 械能守恒定律”的实验装置如图甲所示 (3)根据打出的纸带，选取纸带上连续打 出的1、2、3、4四个点如图乙所示已 测出1、2、3、4到打出的第一个点O的距 离分别为h1、h2、h3、h4，打点计时器的 打点周期为T.若代入所测数据能满足表 达式gh
6、3_，则可验证重物 下落过程机械能守恒(用题目中已测出的 物理量表示) 实验原理 2、4段的中间时刻 例2 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，输出电压为6V的交流电和直流电两种重物从高处由静止开始下落 ，重物拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量及相关计 算，即可验证机械能守恒定律 典例精析 (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件； B将打点计时器接到电源的“直流输出”上； C用天平测出重物的质量； D释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带； E测量纸带上某些点间的距离； F根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重
7、力势能是否 等于增加的动能 其中没有必要进行或者操作不当的步骤是_ 打点计时器接“ 交流电源” B 实验原理： C 先接通电源，后释放纸带 D 例2 典例精析 (2)在一次实验中，质量为m的重物自由下落，在纸带上打出一系列的 点，如图所示(相邻计数点时间间隔为0.02 s)，长度单位cm，那么从起点O 到打下计数点B的过程中重力势能的减少量Ep_ J，此过程中重 物动能的增加量Ek_ J(g取9.8 m/s2，结果数据均保留至小数点后 两位)；通过计算，数值上Ep_Ek(填“”“”或“”)，这是因为 _ EpmghOB0.49 m 0.49m 0.48m 纸带和重物运动过程中受到阻力的作用 摩
8、擦生热 例3 在验证机械能守恒定律的实验中，质量为m1.00 kg的重物拖着纸带 下落，在此过程中，打点计时器在纸带上打出一系列的点，在纸带上选取 五个连续的点A、B、C、D和E，如图5所示其中O为重物开始下落时记录 的点，各点到O点的距离分别是31.4 mm、49.0 mm、70.5 mm、95.9 mm、 124.8 mm.当地重力加速度g9.8 m/s2.本实验所用电源的频率f50 Hz.(结 果保留三位有效数字) 典例精析 (1)打点计时器打下点B时，重物下落的速度vB_m/s，打 点计时器打下点D时，重物下落的速度vD_ m/s. AC段的中间时刻CE段的中间时刻 例3 在验证机械能
9、守恒定律的实验中，质量为m1.00 kg的重物拖着纸带 下落，在此过程中，打点计时器在纸带上打出一系列的点，在纸带上选取 五个连续的点A、B、C、D和E，如图5所示其中O为重物开始下落时记录 的点，各点到O点的距离分别是31.4 mm、49.0 mm、70.5 mm、95.9 mm、 124.8 mm.当地重力加速度g9.8 m/s2.本实验所用电源的频率f50 Hz.(结 果保留三位有效数字) 典例精析 (2)从打下点B到打下点D的过程中，重物重力势能减小量Ep_ J， 重物动能增加量为Ek_. EpmghBD110(95.949.0)103 J0.469 J 0.469 自我检测区 123
10、 1如图是用自由落体法验证机 械能守恒定律时得到的一条纸带 有关尺寸已在图中注明我们 选取n点来验证机械能守恒定律 下面举一些计算n点速度的方 法，其中正确的是( ) An点是第n个点，则vngnT Bn点是第n个点，则vng(n 1)T C D 123 验证机械能守恒定律时 ，不能默认加速度为g. 否则默认了机械能守恒 ，无需再验证 2在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为 50 Hz，查得当地的重力加速度g9.8 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带 ，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图所示，图中O点是打点 计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打
11、两个点取的计数点则重 物由O点运动到B点时(重物质量为m kg) (1)重力势能的减少量是_J动能的增加量是_J. (2)根据计算的数据得出的结论：_. 123 EpmghOB1.911m J 1.911m 在实验误差允许范围内重物减少的重力势 能等于其增加的动能，即机械能守恒 3如图为利用气垫导轨(滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略)验证机械能 守恒定律的实验装置，完成以下填空实验步骤如下： 将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平 测出挡光条的宽度l和两光电门中心之间的距离s. 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 落地前挡光条已通过光电门
12、2. 读出滑块分别通过光电门1和光电门2的挡光时间t1和t2. 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. 滑块通过光电门1和光电门2时，可以确定系统(包括滑块、挡光条、托盘 和砝码)的总动能分别为Ek1_和Ek2_. 123 3如图为利用气垫导轨(滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略)验证机械能 守恒定律的实验装置，完成以下填空步骤如下： 将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平 测出挡光条的宽度l和两光电门中心之间的距离s. 123 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Ep _.(重力加速度为g) 如果满足关系 _， 则可认为验证了机械能守恒定律 托盘和砝码重力势能的减少量 Epmgs mgs 减少的重力势能增加的动能
