實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律導(dǎo)學(xué)案

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律導(dǎo)學(xué)案實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律導(dǎo)學(xué)案實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律導(dǎo)學(xué)案資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律導(dǎo)學(xué)案版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁(yè)次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一、實(shí)驗(yàn)原理如圖所示，質(zhì)量為m的物體從O點(diǎn)自由下落，以地面作為零重力勢(shì)能面，如果忽略空氣阻力，下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)A和B的機(jī)械能守恒即eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＋mghA＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＋mghB還可寫(xiě)成eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝mghA－mghB.等式說(shuō)明，物體重力勢(shì)能的減少等于動(dòng)能的增加．為了方便，可以直接從開(kāi)始下落的O點(diǎn)至任意一點(diǎn)(如圖1中A點(diǎn))來(lái)進(jìn)行研究，這時(shí)應(yīng)有：eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝mgh，即為本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式，式中h是物體從O點(diǎn)下落至A點(diǎn)的高度，vA是物體在A點(diǎn)的瞬時(shí)速度．二、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，低壓交流電源，帶有鐵夾的鐵架臺(tái)，紙帶，復(fù)寫(xiě)紙，帶夾子的重物，刻度尺，導(dǎo)線兩根．三、實(shí)驗(yàn)步驟1．安裝置：按圖2將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上，接好電路．2．打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方．先接通電源，后松開(kāi)紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落．圖2更換紙帶重復(fù)做3～5次實(shí)驗(yàn)．圖23．選紙帶：分兩種情況說(shuō)明(1)用eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)＝mghn驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，且1、2兩點(diǎn)間距離略小于或接近2mm的帶．(2)用eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝mgΔh驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢(shì)能的相對(duì)性，處理紙帶時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，只要后面的點(diǎn)跡清晰就可選用．四、數(shù)據(jù)處理方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算代入mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下，mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)相等，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．方法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算(1)任取兩點(diǎn)A、B測(cè)出hAB，算出mghAB.(2)算出eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)的值．(3)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下，若mghAB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．方法三：圖象法從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以eq\f(1,2)v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出eq\f(1,2)v2－h(huán)圖線．若在誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．五、誤差分析1．本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過(guò)程中要克服各種阻力(如空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力)做功，故動(dòng)能的增加量ΔEk稍小于重力勢(shì)能的減少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差．改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力．2．本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)誤差來(lái)源于長(zhǎng)度的測(cè)量，屬偶然誤差．減小誤差的辦法是測(cè)下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完，或者多次測(cè)量取平均值來(lái)減小誤差．六、注意事項(xiàng)1．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定的固定在鐵架臺(tái)上，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向，以減小摩擦阻力．2．應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減?。?．實(shí)驗(yàn)中，需保持提紙帶的手不動(dòng)，且保證紙帶豎直，先接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后，再松開(kāi)紙帶．4．測(cè)下落高度時(shí)，要從第一個(gè)打點(diǎn)測(cè)起，并且各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度要一次測(cè)量完．5．速度不能用vn＝gtn或vn＝eq\r(2ghn)計(jì)算，因?yàn)橹灰J(rèn)為加速度為g，機(jī)械能當(dāng)然守恒，即相當(dāng)于用機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，況且用vn＝gtn計(jì)算出的速度比實(shí)際值大，會(huì)得出機(jī)械能增加的結(jié)論，而因?yàn)槟Σ磷枇Φ挠绊?，機(jī)械能應(yīng)該減小，所以速度應(yīng)從紙帶上直接測(cè)量計(jì)算．同樣的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測(cè)量，而不能用hn＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,n)或hn＝eq\f(v\o\al(2,n),2g)計(jì)算得到．例1：用如圖:實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．m2從高處由靜止開(kāi)始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．如圖給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離已在圖中標(biāo)出．已知m1＝50g、m2＝150g，則(g取10m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(1)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：A．按照?qǐng)D示的裝置安裝器件B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到直流電源上C．先釋放m2，再接通電源打出一條紙帶D．測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離E．根據(jù)測(cè)量的結(jié)果，分別計(jì)算系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能和增加的動(dòng)能其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是__________(填選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母)．(2)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v＝______m/s；(3)在打點(diǎn)0～5過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk＝________J，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量ΔEp＝______J，由此得出的結(jié)論是_____________________________________________________(4)若某同學(xué)作出eq\f(1,2)v2－h(huán)圖象如圖9所示，寫(xiě)出計(jì)算當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的表達(dá)式________________，并計(jì)算出當(dāng)?shù)氐膶?shí)際重力加速度g＝________m/s2.例2．關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，以下說(shuō)法正確的是()A．實(shí)驗(yàn)中摩擦是不可避免的，因此紙帶越短越好，因?yàn)榧垘г蕉?，克服摩擦力做的功就越少，誤差就越小B．實(shí)驗(yàn)時(shí)需稱(chēng)出重物的質(zhì)量C．紙帶上第1、2兩點(diǎn)間距若不接近2mm，則無(wú)論怎樣處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)誤差都一定較大D．處理打點(diǎn)的紙帶時(shí)，可以直接利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的實(shí)際點(diǎn)跡，而不必采用“計(jì)數(shù)點(diǎn)”的方法1．在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證重錘做自由落體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中機(jī)械能守恒”的實(shí)驗(yàn)中，需要直接測(cè)量的數(shù)據(jù)是重物的()A．質(zhì)量B．下落高度C．下落時(shí)間D．即時(shí)速度2.利用重錘下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，下面敘述正確的是（）A.應(yīng)該用天平稱(chēng)出物體的質(zhì)量B.應(yīng)該選用點(diǎn)跡清晰，特別是第一點(diǎn)沒(méi)有拉成長(zhǎng)條的紙帶C.操作時(shí)應(yīng)先接通電源然后放開(kāi)紙帶D.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為4～6V的直流電源上3．在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證重錘做自由落體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中機(jī)械能守恒”的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于自由下落的重物，下述選擇的條件哪種更為有利

()A．只要足夠重就可以B．只要體積足夠小就可以C．既要重，又要體積小D．應(yīng)該密度大些，還應(yīng)便于夾緊紙帶，使紙帶隨同運(yùn)動(dòng)時(shí)不致扭曲4．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下面敘述正確的是()A．應(yīng)用天平稱(chēng)出物體的質(zhì)量B．應(yīng)當(dāng)選用點(diǎn)跡清晰，特別是第一個(gè)點(diǎn)沒(méi)有拉成長(zhǎng)條的紙帶C．操作時(shí)應(yīng)先放紙帶后接電源D．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接在電壓為4～6V的交流電源上5．用自由落體驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響最大的因素是()A．紙帶克服摩擦力做了功。B．紙帶下落的時(shí)間太短。C．紙帶下落的高度hn測(cè)量不太準(zhǔn)確。D．打點(diǎn)周期極不穩(wěn)定。6．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，可以通過(guò)計(jì)算得到的有()A．重錘質(zhì)量 B．重力加速度C．重錘下落高度D．與下落高度對(duì)應(yīng)的重錘的即時(shí)速度7.利用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,計(jì)算第n點(diǎn)的速度的公式是()A．Vn=gtB．Vn=EQ\R(,2ghn)C．Vn=EQ\F(2h,tn)D．Vn=EQ\F(hn+1?hn?1,2T)8.下列關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差的說(shuō)法中，正確的是（）A.重錘質(zhì)量的稱(chēng)量不準(zhǔn)會(huì)造成較大誤差B.重錘質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差C.重錘質(zhì)量選用得較小些，有利于減小誤差D.紙帶下落和打點(diǎn)不能同步會(huì)造成較大誤差9.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，除天平、鐵架臺(tái)、夾子、紙帶和重物外，還需要（）A.秒表B.刻度尺C.學(xué)生電源D.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器10.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下列敘述正確的是（）A.安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，兩紙帶限位孔應(yīng)在同一豎直線上B.實(shí)驗(yàn)時(shí)，在松開(kāi)紙帶讓重物下落的同時(shí)，應(yīng)立即接通電源C.若紙帶上開(kāi)頭打出的幾點(diǎn)模糊不清，也可設(shè)法用后面清晰的點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證D.測(cè)量重物下落高度必須從起始點(diǎn)算起11.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過(guò)時(shí)受到較大阻力，這樣會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果（）A.＞B.＜C.=D.以上均有可能12．在“利用重錘自由下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生誤差的主要原因是()A．重錘下落的實(shí)際高度大于測(cè)量值B．重錘下落的實(shí)際高度小于測(cè)量值C重錘實(shí)際末速度．大于gt(g為重力加速度，t為下落時(shí)間)D．重錘實(shí)際末速度v小于gt13．某次“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，用6V、50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條無(wú)漏點(diǎn)的紙帶，如圖所示，O點(diǎn)為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)為A、B、C、D，各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的長(zhǎng)度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為1kg。①．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重錘下落的速度vB=m/s，重錘的動(dòng)能EkB=J。②．從開(kāi)始下落算起，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)能減小量為J。③．根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開(kāi)始到打出B點(diǎn)的過(guò)程中，得到的結(jié)論是。14.在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)中：(1)研究對(duì)象是自由落體的重物，除鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、重物、夾子外，還要用到的器材有___________.(2)做此實(shí)驗(yàn)時(shí)，有同學(xué)按以下步驟進(jìn)行：①固定好打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，將連有重物的紙帶穿過(guò)限位孔，用手提住，讓手盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.②松開(kāi)紙帶，接通電源，開(kāi)始打點(diǎn)，并如此重復(fù)幾次，取得幾條打點(diǎn)紙帶.③取下紙帶，挑選點(diǎn)跡清楚的紙帶，記下起始點(diǎn)O點(diǎn)，在離O點(diǎn)較近處選擇幾個(gè)連續(xù)記數(shù)點(diǎn)(或計(jì)時(shí)點(diǎn))并計(jì)算出各點(diǎn)的速度值.④測(cè)出各點(diǎn)距O點(diǎn)的距離，即為下落高度.⑤用天平稱(chēng)出物體的質(zhì)量.⑥計(jì)算出mghn和mv，看是否相等.在上述步驟中，多余的是________，有錯(cuò)誤并給予更正：a_____,B____________,c__________,d____________.(3)選擇紙帶的要求是①__________，②______________，③____________.(4)實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶，如圖所示，當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)c時(shí)，物體的動(dòng)能表達(dá)式為_(kāi)__________，物體勢(shì)能減少的表達(dá)式為_(kāi)__________.若等式成立_______________，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律--練習(xí)題-答案1B2BC3CD4BD5C6A7B