第9节实验：验证机械能守恒定律（检测单）.doc

第七章 机械能守恒定律 第9节 实验：验证机械能守恒定律 学习目标 1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度． 2．掌握验证机械能守恒定律的实验原理． 3．通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证的过程和物理学的研究方法。 4．通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。培养观察和实践能力，培养实事求是的科学态度。 学习重点 1. 掌握验证机械能守恒定律的实验原理。 2. 验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。 一、前测，自学案 1.实验目的：验证机械能守恒定律 2.实验原理： (1)只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以互相转化，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高度h及计算出瞬时速度v，从而验证物体在自由下落过程中重力势能的减少量 ΔEp= 与物体动能的增加量ΔEk= 相等。 (2)纸带上某两点的距离等于重物下落的 ，这样就能得到下落过程中势能的变化。再测出这两点的速度，从而得到它在各点的动能。比较这两点动能变化和势能变化，就能验证机械能是否守恒。 3.实验器材：铁架台(带铁夹)；打点计时器；重锤(带纸带夹)；纸带；复写纸片；导线；毫米刻度尺；低压交流电源。 4.实验步骤： （1）装置：竖直架稳打点计时器，使打点计时器限位孔与纸带在同一直线上，以减小纸带受到的阻力。 （2）将长约1 m的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打点计时器，用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方。 （3）接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点。 （4）换几条纸带，重做上面的实验。 （5）在取下的纸带中挑选第一、二两点间距离接近 mm且点迹清楚的纸带进行测量，先记下第一点O的位置，再任意取五个点1、2、3、4、5用刻度尺测量距O点的相应距离如图所示： 为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60 cm~80 cm之内. （6）用公式计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3…… （7）利用公式Ep=mgh计算出各计数点与第一个点的重力势能的减少量。 （8）比较动能增加量及重力势能的减少量的大小，看一看在误差允许的范围内两者是否相等，从而验证机械能是否守恒。因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量。 4.实验误差的来源与分析 （1）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，使得动能的增量必定稍小于重力势能减少量，造成系统误差. （2）再者，实验中长度的测量也可造成 误差. （3）其次，实验操作过程中，能否保证纸带上第一、二两个实验点间距等于2 mm,以确保打第一点时重锤速度为零，也是误差形成因素之一. 疑惑摘要 预习之后，你还有哪些没有弄清的问题，请记下来，课堂上我们共同探讨 二、中测，探究案 本实验选择自由落体运动模型来验证机械能守恒定律的原因是什么？ 本实验的实验原理是什么？ 为了减小实验误差，应尽量减小重物下落时纸带所受的阻力。因此重锤应怎样选择？纸带应如何放置？ 4、重物的速度如何测量？ 5、实际实验时，得出重力势能的减少量和动能的增加量的关系是怎样的？原因是什么？ 6、测量下落高度时，某同学认为都必须从起始点算起，不能弄错。他的看法正确吗？为了减小测量 h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好，还是近些好？ 三、后测，训练案 Ⅰ类题：下列题目，你必须认真完成（限时15分钟） 1．在“用打点计时器验证重锤做自由落体运动的过程中机械能守恒”的实验中，需要直接测量的数据是重物的 ( ) A．质量 B．下落高度 C．下落时间 D．即时速度 2.利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中，下面叙述正确的是（ ） A.应该用天平称出物体的质量 B.应该选用点迹清晰的纸带 C.操作时应先接通电源然后放开纸带 D.打点计时器应接在电压为4～6 V的直流电源上 3．在“用打点计时器验证重锤做自由落体运动的过程中机械能守恒”的实验中，对于自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利？ ( ) A．只要足够重就可以 B．只要体积足够小就可以 C．既要重，又要体积小 D．应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲 4．用小车沿光滑斜面下滑的方法验证机械能守恒时，小车下滑的高度是由下列哪种方法得到的 ( ) A．米尺直接测小车下滑高度 B．米尺直接从纸带上测出 C．米尺从纸带上测出小车