§7.13实验验证机械能守恒定律.doc

§7.13实验：验证机械能守恒定律 【学习目标】 1．理解实验的设计思路，明确实验中需要测量的物理量。 2．知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法。 3．能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析中得出实验结论。 4．能定性地分析产生实验误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差。 【学习重点】 掌握验证机械能守恒定律的实验原理。 【学习难点】 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。 【学习过程】 学习任务1：验证机械能守恒定律知识准备与回顾 问题： 在图1中，质量为m的物体从O点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点A和B的机械能分别为多少？ EA ，EB 思考： 如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒吗？为什么？ 结论： EA EB， 即 变换得： 思考： 上式左边表示物体由A到B过程中动能的 ， 右边表示物体由A到B过程中重力势能的 。等式说明，物体重力势能的 等于动能的 。 如果直接从开始下落的O点至任意一点（如图1中A点）来进行研究，这时应有： ----本实验要验证的表达式，式中h是物体从O点下落至A点的高度，vA是物体在A点的瞬时速度。 问题1： 如何求出A点的瞬时速度vA？ （根据做匀加速运动的物体在某一段时间t内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出A点的瞬时速度vA。） 图2是竖直纸带由下而上实际打点后的情况。从O点开始依次取点1，2，3，……图中s1，s2，s3，……分别为0～2点，1～3点，2～4点…… 各段间的距离。根据公式，t 2×0.02 s可求出各段的平均速度。 问题2： 如何如何确定重物下落的高度？ （图2中h1，h2，h3，……分别为纸带从O点下落的高度。根据以上数值可以计算出任意点的重力势能和动能，从而验证机械能守恒定律。） 问题3： 该实验中选取被打点纸带应注意第一点O为计时起点，O点的速度应为零。怎样判别呢？ 问题4： 是否需要测量重物的质量？ 问题5： 在架设打点计时器时应注意什么？为什 么？ 问题6： 实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？为什么？ 问题7： 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？ 学习任务2：分组实验：验证机械能守恒定律 实验原理： 实验器材： （请在所需仪器右面打√对号） 1秒表 ? 2纸带 ? 3刻度尺 ? 4天枰 ? 5打点计时器 ? 6复写纸片 ? 7导线、电键 ? 8带有铁夹的铁架台 ? 9带铁夹的实心重锤 ? 10带铁夹的空心重锤 ? 11交流220v,50Hz电源 ? 12高压交流电源 ? 实验步骤： 1、用天平称出重锤的质量。 分析是否有必要？ 2、按课本图所示，把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点记时器与交流电源连好。（打点计时器安装时，必须使纸带与两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。） 接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点，断开电源。（先接通电源，后松纸带 重复以上2-4步几次，得3—5条纸带。 在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在起始点标上0，以后各依次标上1、2、3……用刻度尺测出对应高度h1、h2、h3……（挑选打点清晰，且纸带上最前端两点间距接近2mm左右的纸带 应用公式计算各点对应的速度v1、v2、v3…… 计算各点相对于起点O的势能减少量mghn和动能的增加量 ??进行比较。（如不相等分析原因。） 处理数据得出结论 数据处理： （同一纸带以O点为起点） 计数点 Δh m 初态Vo m/s ?末态Vn? m/s 势能减少量 ΔEP（J） 动能增加量ΔEK（J） 对比ΔEP与ΔEK 1 2 3 4 产生误差原因分析：（思考出几条，请写出几条） 实验结论： 【课后作业】 1．在用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中： ?①若用公式计算即时速度进行验证，打点记时器所接交流电的频率为50HZ，甲、乙两条实验纸带（如图所示），应选_____纸带好， ②验证机械能守恒定律的实验所用的电火花打点记时器的线圈应接的电源是（　　） ?A．交流220V B．直流220V C．交流6V D．直流6V 2．某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤： 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