实验:验证机械能守恒定律
【学习目标】
1.理解实验的原理和设计思路。
2.能正确进行实验操作和处理实验数据。
3.能定性地分析产生实验误差的原因。
【重点难点】正确进行实验操作和处理实验数据
【课前预学】
1.必须选择一个符合机械能守恒的运动模型来验证机械能守恒定律,本实验选择自由落体运动模型来验证
机械能守恒定律,是因为物体在自由落体
运动过程中只有重 力做功,满足 。
2.按照教材要求,本实验是验证自由落体轨迹上开始点和其后任意点之间的机械能
守恒,为此必须选择物体初速度为零 的点，这样的纸带上的第一个点与第二个点间的距离应接近 mm。为了计算物体减少的重力势能,必须测量出物体下落的高度h,对应的测量器材是毫米刻度尺。为了计算出某时刻物体的动能,必须测量出物体在该时刻的瞬时速度,其计算公式为 。为了计算物体的动能和重力势能,按理还需要知道物体的质量,但
本实验中可以不测物体的质量,原因是验证的式子两边均有重物的质量m,因而可不具体测出m的大小,而将m保留在式子中。
3.实验操作过程中,是先接通电源开始打点还是先放开纸带? 先接通电源后放纸带。
4.为减小实验误差,应尽量减
小重物下落时纸带所受的阻力影响。因此重锤应选重 (填“重”或“轻”)的,纸带应竖 直放置。尽管采取了上述措施,但由于阻力还是存在的,所以实验中重力势能的减少量应大于动能的增加量,这样才是符合实际的。
【课堂探究】
主题1:实验方案
问题:阅读教材“实验方法”部分内容,完成下列问题。
(1)本实验需要哪些实验器材? ;
(2)简述实验步骤。
[来源:学*科*网]
(3)本实验中要不要测量物体的质量? ;
(4)若验证mgh = mv2/2,在纸带上选点有什么要求?(起始两个点间的距离大约是多少mm） ;
(5)利用如图所示的纸带及其上面的信息,能够求出哪个点的瞬时速度?其速度表达式是怎样的?
主题2:对实验误差的分析以及实验注意事项
问题
:图示是某小组在“验证机械能守恒定律”的实验中选出的一条纸带,其中O点为重锤下落的起点, A、B、C为
三个计数点,打
点计时器通以50 Hz交流电,用最小刻度为1 mm的刻度尺,测得OA、OB、OC的数据如图所示。在计数点A和B之间、B和C之间还各有一个点,重锤的质量为1 kg,取g=9.8 m/s2。
(1)根据以上数据计算当打点计时器打到B点时,重锤的重力势能比开始下落时减小了多少?这时重锤的动能是多少?
(2)实验中重物动能的增加量稍小于重力势能的减少量,即ΔEk<ΔEp,请你分析实验误差的主要来源。[来源:学科网]
【技能检测】
1.在“验证机械能守恒定律”的实验中,下列物理量中需要用工具测量的有( )
A.重锤的质量 B.重力加速度
C.重锤下落的高度D.与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度
2.下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中,正确的是( )
A.重锤质量的称量不准会造成较大误差
B.重锤质量选用得大些,有利于减小误差
C.重
锤质量选用得小些,有利于减小误差
D.验证起始点与其后任意点的机械能守恒时,若纸带下落比打点早,会造成较大误差
3.图示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带,我们选N点来验证机械能守恒定律。下
面举出一些计算打N点时纸带下落速度的方法,其中正确的是(T为打点周期)( )
A.N点是第n个点,则vN=gnT[来源:Z§xx§k.Com]
B.N点是第n个点,则vN=g(n-1)T
C.vN=dn+1/nT
D.vN=dn+1-dn-1/2T
4.某同学为验证机械能守恒定律,设计了如下实验:
A.用天平称出重物的质量;
B.把纸带固定到重物上,并把纸带穿过打点计时器,提升到一定高度;
C.拆掉导线,整理仪器;
D.断开电源,调整纸带,重做两次;
E.用秒表测出重物下落的时间;
F.用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离,记录数据,并计算出结果,得出结论;
G.把打点计时器接到低压交流电源上;
H.接通电源,释放纸带;
I.把打点计时器接到低压直流电源上;[来源:学+科+网Z+X+X+K]
J.把打点计时器固定到桌边的铁架台上。
上述实验步骤中错误
的是 ,可有可无的是 ,其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是 。(均只需填步骤的代号)
5.某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时,不慎将已选好的纸带的前面一部分破坏了,剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出并标在图上。已知打点计时器的工作频率为50 Hz,重力加速度g取9.80 m/s2,利用这段纸带能否验证机械能守恒定律?如何验证?
