2016-2017学年人教版必修二第七章实验：验证机械能守恒定律学案2.docx

学案12　实验：验证机械能守恒定律 [学习目标定位] 1.验证机械能守恒定律.2.熟悉瞬时速度的测量方法.3.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． 一、实验原理 做自由落体运动的物体，在下落过程中，重力势能减少，动能增加，如果重力势能的减少量等于动能的增加量，就验证了机械能守恒． 二、两种验证方案 1．若以重物下落的起始点O为基准，设重物的质量为m，测出重物自起始点O下落距离h时的速度v，则在误差允许范围内，由计算得出eq \f(1,2)mv2＝mgh，机械能守恒定律即被验证． 2．若以重物下落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出重物对应于A点的速度vA，再测出重物由A点下落Δh后经过B点的速度vB，则在误差允许范围内，由计算得出eq \f(1,2)mveq \o\al(2,B)－eq \f(1,2)mveq \o\al(2,A)＝mgΔh，机械能守恒定律即被验证． 三、实验器材 铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源(4 V～6 V). 一、实验步骤 1．安装置：按图1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． 图1 2．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．先接通电源后放手，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． 3．选纸带：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……. 4．测距离：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……. 二、数据处理 1．计算各点对应的瞬时速度：根据公式vn＝eq \f(hn＋1－hn－1,2T)，计算出1、2、3、……、n点的瞬时速度v1、v2、v3、……、vn. 2．机械能守恒验证：方法一：利用起始点和第n点． 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eq \f(1,2)mveq \o\al(2,n)，计算ghn和eq \f(1,2)veq \o\al(2,n)，如果在实验误差允许范围内ghn＝eq \f(1,2)veq \o\al(2,n)，则机械能守恒定律得到验证． 方法二：任取两点A、B. 从A点到B点，重力势能减少量为mghA－mghB，动能增加量为eq \f(1,2)mveq \o\al(2,B)－eq \f(1,2)mveq \o\al(2,A)，计算ghAB和eq \f(1,2)veq \o\al(2,B)－eq \f(1,2)veq \o\al(2,A)，如果在实验误差允许范围内ghAB＝eq \f(1,2)veq \o\al(2,B)－eq \f(1,2)veq \o\al(2,A)，则机械能守恒定律得到验证． 方法三：图象法(如图2所示)． 图2 计算各计数点eq \f(1,2)v2，以eq \f(1,2)v2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，根据实验数据绘出eq \f(1,2)v2－h图线．若在误差允许范围内图象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． 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v＝gt或v＝eq \r(2gh)计算，应根据纸带上测得的数据，利用vn＝eq \f(hn＋1－hn－1,2T)计算瞬时速度． 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3甲所示． 图3 (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 (3)根据打出的纸带，选取纸带上连续打出的1、2、