1、7.9实验：验证机械能守恒定律教学目标教学目标 知识与技能知识与技能 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。过程与方法过程与方法 通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法。情感、态度与价值观情感、态度与价值观 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。培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度。【教学重点教学重点】掌握验证机械能守恒定律的实验原理。【教学难点教学难点】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。验证自由下落过程中机械能
2、守恒，图示纸带的左端验证自由下落过程中机械能守恒，图示纸带的左端是用夹子夹重物的一端。是用夹子夹重物的一端。验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律01 2 3 4 5要多做几次实验，选点迹清楚，且第一、二两点间要多做几次实验，选点迹清楚，且第一、二两点间距离接近距离接近2mm2mm的纸带进行测量。的纸带进行测量。用刻度尺量出从用刻度尺量出从0 0点到点到1 1、2 2、3 3、4 4、5 5各点的距离各点的距离h h1 1、h h2 2、h h3 3、h h4 4、h h5 5，利用，利用“匀变速直线运动中间时刻匀变速直线运动中间时刻的即时速度等于该段位移内的平均速度的即时速度等于该段位移内的平
3、均速度”，算出，算出2 2、3 3、4 4各点对应的即时速度各点对应的即时速度v v2 2、v v3 3、v v4 4，验证与，验证与2 2、3 3、4 4各点对应的重力势能减少量各点对应的重力势能减少量mghmgh和动能增加量和动能增加量mvmv2 2/2/2是否相等。是否相等。由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是使总是使221mvmgh 本实验不需要测重物的质量。本实验不需要测重物的质量。例例1.“1.“验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律”及及“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”这两个实验，它们的共同之处是这两个实验，它们的共同之处是(
4、)()A A都要用打点计时器都要用打点计时器 B B都要用天平测质量都要用天平测质量CC都要用刻度尺测位移都要用刻度尺测位移D D都要计算瞬时速度都要计算瞬时速度AC练习练习1.1.在在验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律的实验中，需直的实验中，需直接测量的物理量是接测量的物理量是 ()()A A重物的质量重物的质量B B重力加速度重力加速度CC重物下落的高度重物下落的高度D D与下落高度对应的重物的瞬时速度与下落高度对应的重物的瞬时速度C例例2.2.在在验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律的实验中，下列操作的实验中，下列操作正确的是正确的是()()A A先释放重物，后接通电源先释放重物，后接
5、通电源B B用秒表测量重物下落的时间用秒表测量重物下落的时间CC打完一条纸带后，立即切断电源打完一条纸带后，立即切断电源D D每打完一条纸带，活动复写纸位置每打完一条纸带，活动复写纸位置CD练习练习2.2.在验证机械能守恒定律的实验中要用到的器材在验证机械能守恒定律的实验中要用到的器材和测量仪器有和测量仪器有_A A打点计时器打点计时器B B低压交流电源低压交流电源CC秒表秒表D D重重锤锤 E E铁架台和复夹铁架台和复夹 F F纸带纸带GG刻度尺刻度尺 H H天天平平ABDEFG例例3.3.在下面三个力学实验中在下面三个力学实验中A A验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律B B验证机械能守恒定律
6、验证机械能守恒定律CC碰撞中的动量守恒碰撞中的动量守恒(1)(1)实验中要使用打点计时器的有实验中要使用打点计时器的有_(2)(2)实验中要求物体通过某点即时速度的有实验中要求物体通过某点即时速度的有_(3)(3)实验中必须用天平测物体质量的有实验中必须用天平测物体质量的有_(4)(4)实验中要用刻度尺量长度的有实验中要用刻度尺量长度的有_(5)(5)实验中需要平衡摩擦力的有实验中需要平衡摩擦力的有_A BBA CA B C A练习练习3.3.在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中：的实验中：(1)(1)现有器材是：打点计时器；低压电源；纸带；带现有器材是：打点计时器；低压电源；
7、纸带；带夹子的重物；刻度尺；天平；导线；铁架台。其中夹子的重物；刻度尺；天平；导线；铁架台。其中该实验不需要的器材是该实验不需要的器材是_。(2)(2)实验中，要从几条打上点的纸带中挑选第一、二实验中，要从几条打上点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近两点间的距离接近 _mm_mm并且点迹清晰的纸带进并且点迹清晰的纸带进行测量。行测量。(3)(3)某学生在实验中器材安装正确，操作规范，所用某学生在实验中器材安装正确，操作规范，所用交流电的频率为交流电的频率为50Hz50Hz，但验证结果是重物增加的动，但验证结果是重物增加的动能稍小于它减少的重力势能，其主要原因是能稍小于它减少的重力势能，其主要
8、原因是_。天平天平h=gt2/2=100.022/2=0.002m=2mm纸带受到的摩擦和空气阻力做负功纸带受到的摩擦和空气阻力做负功例例4 4 某学生在验证机械能守恒定律的实验中有如下操作步某学生在验证机械能守恒定律的实验中有如下操作步骤，试按合理的顺序步骤序号填在下面的线上：骤，试按合理的顺序步骤序号填在下面的线上：_A A断开电源，取下纸带，选出前两个点间距离接近断开电源，取下纸带，选出前两个点间距离接近2mm2mm的纸带；的纸带；B B把纸带固定在重锤上；把纸带固定在重锤上；CC将纸带穿过打点计时器，并把纸带上提使重锤停在靠近将纸带穿过打点计时器，并把纸带上提使重锤停在靠近打点计时器的
9、地方；打点计时器的地方；D D把打点计时器固定在放于桌边的铁架台上，并与低压交把打点计时器固定在放于桌边的铁架台上，并与低压交流电源相连接；流电源相连接；E E接通电源，同时释放纸带；接通电源，同时释放纸带；F F求出重锤重力势能的减少量求出重锤重力势能的减少量EPEP和动能的增加量和动能的增加量EKEK，比较比较EPEP和和EKEK得出实验结论；得出实验结论；GG用刻度尺量出所选取的计数点到打下的第一个点用刻度尺量出所选取的计数点到打下的第一个点0 0之间之间的距离的距离DBCEAG F练习练习4 4 在验证机械能守恒定律的实验中：在验证机械能守恒定律的实验中：A A带重锤的纸带穿过打点计时
10、器，用手将纸带竖直提起带重锤的纸带穿过打点计时器，用手将纸带竖直提起B B用天平测出重锤的质量用天平测出重锤的质量CC把打点计时器竖直固定在铁架台上把打点计时器竖直固定在铁架台上D D把打点计时器接上低压交流电源把打点计时器接上低压交流电源E E松开纸带，使重锤自由下落松开纸带，使重锤自由下落F F闭合电键闭合电键 GG重做几次，选出第一、二点间距离接重做几次，选出第一、二点间距离接近近2mm2mm，点子清晰的纸带，点子清晰的纸带H H在纸带上，记下第一个点的位置在纸带上，记下第一个点的位置0 0，并在纸带上依次选，并在纸带上依次选取几个点标出取几个点标出0 0、1 1、2 2、33I I计算
11、出与各点对应的速度计算出与各点对应的速度V1V1、V2V2和测出各点到和测出各点到0 0点点的距离的距离h1h1、h2h2把数据填入表格把数据填入表格J J算出重物运动到点算出重物运动到点1 1、2 2、33时减少的重力势能以及时减少的重力势能以及增加的动能，进行验证增加的动能，进行验证在上述步骤中不必要的是在上述步骤中不必要的是_将必要的步骤前面的字母按合理的顺序排列出来，将必要的步骤前面的字母按合理的顺序排列出来，_CC、D D、A A、F F、E E、GG、H H、I I、J JB例例5.5.在用自由落体运动验证机械能守恒定律的实中，在用自由落体运动验证机械能守恒定律的实中，(1)(1)
12、若用公式若用公式v=gtv=gt计算瞬时速度进行验证，打点计时器计算瞬时速度进行验证，打点计时器所接交流的频率为所接交流的频率为50Hz50Hz，甲、乙两条实验纸带，应选，甲、乙两条实验纸带，应选_纸带为好（图）纸带为好（图）(2)(2)若通过测量纸带上某两点间距离来计算瞬时速度进若通过测量纸带上某两点间距离来计算瞬时速度进行验证的话，设已测得点行验证的话，设已测得点2 2到到4 4点之间距离为点之间距离为S S1 1，点，点0 0到到点点3 3之间距离为之间距离为S S2 2，打点周期为，打点周期为T T，为验证自重物开始，为验证自重物开始下落到打点计时器打下点下落到打点计时器打下点3 3这
13、段时间内机械能守恒，这段时间内机械能守恒，实验结果应满足实验结果应满足S S1 1、S S2 2、T T之间的关系为之间的关系为_(3)(3)重物选取的原则应是重物选取的原则应是_甲甲S2=S12/(8gT2)重力远远大于阻力重力远远大于阻力练习练习5.5.在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，物体从静止落下，并在纸带上打下从物体从静止落下，并在纸带上打下从0 0开始的一系列的开始的一系列的点，已知所用电源频率为点，已知所用电源频率为50Hz50Hz，每打，每打5 5个点取一个计个点取一个计数点，各计数点与第一个点数点，各计数点与第一个点0 0之间
14、的距离见下表之间的距离见下表点序号点序号01234距离距离(cm)05.0019.85 44.6078.90(1)(1)则实验所测重力加速度值为则实验所测重力加速度值为_；(2)(2)计数点计数点2 2所对应的即时速度值为所对应的即时速度值为_；(3)(3)实验中是否需要测出重物质量实验中是否需要测出重物质量?_?_；因为因为_9.77m/s2197.95cm/s不需要不需要实验并不需要知道动能和势能的具体数值实验并不需要知道动能和势能的具体数值,根据根据mgh=mvmgh=mv2 2/2/2可消去可消去mm例例6.6.为了验证物体在自由下落过程中机械能是守恒的，为了验证物体在自由下落过程中机
15、械能是守恒的，将将m=0.5kgm=0.5kg的重物系上一纸带，并将纸带穿过打点计时的重物系上一纸带，并将纸带穿过打点计时器，当重物自由下落时，得到如图所示的记录纸带，已器，当重物自由下落时，得到如图所示的记录纸带，已知打点周期知打点周期T=0.02sT=0.02s（设当地的重力加速度（设当地的重力加速度g=9.9m/s2g=9.9m/s2）计算打计算打A A、B B两点时重物下落的速率两点时重物下落的速率VA=_VA=_，VB=_VB=_以以A A、B B两点为例，验证机械能是否守两点为例，验证机械能是否守恒恒?Ek=_Ek=_，mgh=_mgh=_结结论论_1.5m/s2.1m/s0.54
16、J0.53J在误差允许范围内机械能守恒在误差允许范围内机械能守恒练习练习6.6.斜面长斜面长100cm100cm，高，高60cm60cm，某同学以质量为，某同学以质量为400g400g的小车沿斜面下滑来验证机械能守恒定律，他从的小车沿斜面下滑来验证机械能守恒定律，他从记录小车运动的打点纸带上选取了记录小车运动的打点纸带上选取了A A、B B、CC、D D四个四个计数点，已知每相邻两点间对应的时间间隔为计数点，已知每相邻两点间对应的时间间隔为0.1s0.1s，A A与与B B、B B与与CC、CC与与D D之间的距离分别为之间的距离分别为10cm10cm、15cm15cm、20cm20cm，则小
17、车由纸带上对应打，则小车由纸带上对应打B B点时运动到点时运动到打打CC点时，小车动能增加了点时，小车动能增加了_J_J，重，重力势能减小了力势能减小了_J_J实际上此过程实际上此过程机械能并不守恒是由于机械能并不守恒是由于_ _，若，若减小斜面倾角，将使本实验的误差减小斜面倾角，将使本实验的误差_（填（填“增大增大”、“减小减小”、“不变不变”）增大增大 0.30.35摩擦力对小车做了功摩擦力对小车做了功例七例七.在在 验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律 的实验中的实验中,已知打点计时已知打点计时器所用电源的频率为器所用电源的频率为50Hz,50Hz,查得当地的重力加速度查得当地的重力加速
18、度g=9.80m/sg=9.80m/s2 2,测得所用的重物的质量为测得所用的重物的质量为1.00kg,1.00kg,实验运实验运用公式用公式mvmv2 2/2=mgh/2=mgh时时,从几条打上点的纸带中挑选第一从几条打上点的纸带中挑选第一第二点间的距离接近第二点间的距离接近_mm_mm并且点迹清楚的纸带并且点迹清楚的纸带（如图所示）进行测量，把第一个点记作（如图所示）进行测量，把第一个点记作OO，另选连续，另选连续的的4 4个点个点A A、B B、CC、D D作为测量的点，经测量知道作为测量的点，经测量知道A A、B B、CC、D D各点到各点到OO点的距离分别点的距离分别19.63cm,
19、23.74cm19.63cm,23.74cm、28.22cm28.22cm、33.12cm33.12cm。根据以上数据，可知重物由。根据以上数据，可知重物由OO点点运动到运动到B B点，重力势能的减少量等于点，重力势能的减少量等于_J_J，动能的增，动能的增加量等于加量等于_J_J(取取3 3位有效数字位有效数字).).22.332.31练习练习7.7.在重锤带动纸带自由下落，用打点计时器验证机在重锤带动纸带自由下落，用打点计时器验证机械能守恒的实验时，打点计时器打出的纸带如下图所械能守恒的实验时，打点计时器打出的纸带如下图所示重锤的质量用示重锤的质量用mm表示，根据纸带上的数据，重锤在表示，
20、根据纸带上的数据，重锤在B B点的动能是点的动能是_，重锤在，重锤在E E点的动能点的动能是是_ 在上述过程中，重锤重力势能变化是在上述过程中，重锤重力势能变化是_（记数点（记数点A A、B B、CFCF均为相邻的均为相邻的打点）打点）2.47m(J)3.94m(J)1.48m(J)练习练习8.8.在验证机械能守恒定律时，将重物自由下落，在验证机械能守恒定律时，将重物自由下落，纸带记录如图所示（计算结果取纸带记录如图所示（计算结果取2 2位有效数字）位有效数字）T=0.02sT=0.02s图中纸带左端为与重物相连端，图中纸带左端为与重物相连端，0 0点为重物静点为重物静止时所记录的点，止时所记
21、录的点，ABCABC三个记数点为打点计时之点，三个记数点为打点计时之点，则重物下落则重物下落hBhB距离时，其速度距离时，其速度V VB B可用计算式可用计算式V VB B=_ =_ 进行计算，根据图示数据求出进行计算，根据图示数据求出V VB B=_m/s=_m/s；重物重力势能减少量为；重物重力势能减少量为_，动能增加量为，动能增加量为_，两，两者不完全相同的原因是者不完全相同的原因是_实验中需要的测量仪器是实验中需要的测量仪器是_(AB+BC)/2T1.61.5J1.3J打点计时器打点计时器,刻度尺刻度尺下落过程中下落过程中,重物克服摩擦和空气阻力做功重物克服摩擦和空气阻力做功,部分机械能转化为内能部分机械能转化为内能
