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1.第五节验证机械能守恒定律，第四章机械能与能量，内容索引，独立预习，预习新知识打牢基础，重点探索启发思维，探明要点，达标，测试评估，符合标准，独立预览， 1.能够使用计时，利用机器铺设的纸带计算运动物体的速度。 2.掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。 3.设计另一个可以验证机械能守恒定律的实验方案。 1、实验的目的只是为了比较重力对物体做功的过程，比较物体重力势能的变化与动能的变化。 如果满足，则意味着机械能守恒。 2.实验原理，EpEk，（1）自由落体法验证机械能守恒 1.实验设备：铁架（带铁夹），，重物（带夹），，碳纸，电线，毫米尺，低电压交流电源（46 V）。 2
2.实验步骤 (1)安装装置：将打点定时器安装在如图1A所示的铁架上，并用电线将打点定时器连接到电源。 3、两种验证方案，电磁打点定时器，图1，纸带，（2）纸带：用夹子将重物固定在纸带一端，另一端穿过打点定时器的限位孔，用手垂直提起纸带，阻止重物在打点计时器附近，先打开电源，然后松开纸带，让重物拉动纸带自由落下。 重复几次，得到35条点状纸带。 (3)选择纸带：从虚线纸带开始。 选择有清晰点且前两点之间的距离接近2毫米的纸带。 用 0 标记起点，然后标记与 1、2、3 相同时间间隔的任意点。 (4) 测量距离：使用标尺测量 0 到 1、2、3 的距离，即对应的下落高度h1、h2、h3.、3.数据处理（1
3.) 计算各点对应的瞬时速度：根据公式vn，计算1、2、3n点的瞬时速度v1、v2、v3vn。 (2)机械能守恒定律的验证方法：用起点和第n点。 如果ghn v n2在实验误差允许范围内，则机械能守恒定律得到验证。 方法二：取任意两点A、B，如果ghAB在实验误差允许范围内，则机械能守恒定律得到验证。 方法三：图像法（如图2所示）。 图2 如果图形是一条过原点且斜率为g且在实验误差允许范围内的直线，则机械能守恒定律得到验证。 4、本次实验误差分析主要是纸带测量引起的偶然误差，以及重物和纸带运动中的空气阻力以及打点计时器的摩擦阻力等引起的系统误差，5。实验注意事项 (1)打点定时器的安装要求。
4、保持稳定，使两限位孔中心线在同一垂直线上，以减少摩擦阻力。 (2)应选择质量和密度较大的重物。 增加重力可以相对减少阻力的影响。 ，增加密度可以减小体积，这样可以相对减少空气阻力的影响。 (3)实验时应先接通电源，让打点定时器正常工作，然后松开纸带，让重物落下。 (4) ) 本实验中的两种验证方法均不需要测量重物的质量m。 （二）用摆球和系统验证机械能守恒 1、实验步骤（1）用铁架将摆球挂在铁架顶部（如图3）、（2）在方格纸上确定 4 至 5 个点作为测量点。 (3) 分别安装光电传感器并与数据采集器连接。 (4)让摆球从一定高度向下摆动，测量摆球在摆动过程中任意时刻的动能和重力势能。 (5)
5、研究各测量点机械能总量的特征。 图3、2.误差分析 (1) 本实验中，摆球在运动过程中受到阻力，导致实验中动能的增加小于重力势能。 减少。 (2)光电传感器的灵敏度也影响实验结果。 3、注意事项（1）摆球运动时，其轨迹应在垂直平面内，以避免摆球圆锥摆运动。 (2)用方格纸调整木板，使垂直线处于垂直方向。 (3)为了准确测量摆球在各个位置的瞬时速度，可以在摆球下方放置遮光罩，并保证遮光罩在垂直平面内。，重点探索，例1实验中利用自由落体运动验证机械能守恒定律，电源频率为50Hz，依次画出的点为0、1、2、3、4、n，则： (1) 若如果您使用第 2 点至第 6 点之间的纸胶带进行验证，则必须直接
6、直接测量的物理量为_、_、_ _，必须计算的物理量为_、_，验证的表达式为_。、 1、实验原理和基本操作，点2至点6之间的距离h26 ，点1与点3之间的距离h13，点7之间的距离h57，点5，点2处的瞬时速度v2，点6处的瞬时速度v6，答案，分析，分析验证机械能在运动过程中守恒将纸带对应的重量从点2到点6，测量点2到点6的距离h26，并计算点2到点6的距离。 对于速度v2和v6，必须测量第1点和第3点之间的距离h13以及第5点和第7点之间的距离h57。 机械能守恒的表达式为mgh26。， (2) 进行下列实验步骤 合理的顺序是_（填入步骤前面的字母）。 A. 垂直安装打点定时器
7、放在铁架上。 B、先打开电源，然后松开纸带，让重物自由落下。 C、撕下纸带，换上新纸带（或将纸带翻过来），再次进行实验。 D、将重物固定在纸带一端，让纸带穿过打点计时器，并用手握住纸带。 E、选取纸卷尺，用刻度尺测量下落物体的高度h1、h2、h3、hn。 计算相应的瞬时速度v1、v2、v3、vn。 F、分别计算mv n2 和mghn，在实验误差范围内是否相等。 答，在处理实验问题时，必须明确实验原理，并根据原理设计实验步骤。 ，有针对性的分析问题。 训练时（多选），用自由落体法验证机械能守恒定律，即看mvn2是否等于mghn（n为计数点的编号）。 下列说法正确的是 A. 点定时器首先命中
8、当该点为0时7.9实验：验证机械能守恒定律课件ppt，重物的速度应为零。 B.hn 是计数点n 到起始点0 的距离。 C. 必须测量重物的质量。 D、用vngtn计算vn时，tn(n1)T(T为打点周期)，回答，分析，分析这个实验的原理是利用重物的自由落体运动来验证守恒定律机械能。 因此，当打点计时器击中第一个点时，重物的速度应为零，A正确； hn和vn分别表示下落重物的高度和击中第n点时对应的瞬时速度。 B正确； 实施例2 实验组“用落体法验证机械能守恒定律”。 实验装置如图4A所示。实验中英语作文，测量重物自由落体的高度h和相应的瞬时速度v，计算重物减少的重力势能mgh和增加的动能mv2，然后比较它们。 如果两者相等或近似相等，则可以验证重量。 物体自由落体时的机械能
9.恒。 请根据实验原理和步骤完成下列问题： 2.数据处理与误差分析，图4，（1）关于上述实验，下列说法正确的是_。 A、最好选择密度较大的重物。 小木块 B. 重物的质量不需要测量 C. 实验时应先接通电源，然后松开纸带 D. 可用公式 v 求解瞬时速度、BC、答案、分析、分析重物的最佳选择 密度较大的铁块受到的阻力较小，故A错误。 本题是以自由落体运动为例来验证机械能守恒定律。 需要验证的方程是mgh mv2，因为我们是比较mgh和mv2的大小关系，因此，m可以消去，不需要用天平来测量重物的质量。 操作时应先接通电源，然后松开纸带，故B、C正确。 不能用公式v来求解瞬时速度，否则实验验证将无法体现。 但这变成了理论上的猜测
10. 领先，所以 D 错误。 （2）图B是实验团队制作的带有清晰点的纸带。 纸带上的 O 点是起点。 选取连续的A、B、C、D、E、F点作为计数点，测量每个计数点到O点的距离分别为27.94 cm、32.78 cm、38.02 cm、43.65 cm、49.66 cm，和 56.07 厘米。 已知打点定时器所使用的电源为50Hz的交流电，砝码的质量为0.5kg。 从定时器设定点O到设定点D的过程中，重物的重力势能减小Ep_J； 重物的动能增加Ek_J。两者是不同的。 完全平等的原因可能是_。 （重力加速度g取9.8m/s2，计算结果保留三位有效数字）。 答案是重物在下落过程中受到阻力。 2.14、2.12、分析、解决
11、重力势能减少分析。 59.80.436 5 J2.14 J. 使用匀速直线运动的推论： ，动能的增加。 12 J.由于阻力的存在，减少的重力势能大于增加的动能。 ，（3）实验组学生正确计算出图B中各计数点A、B、C、D、E、F的瞬时速度v。以各计数点到A点的距离h为横轴，v2为图形纵轴，如图C所示。根据图形，粗略验证自由落体物体机械能守恒的依据是_。 答案是图形的斜率等于19.52 m/s2，大约是重力加速度g的两倍，因此可以验证分析。 当图像的斜率是重力加速度的两倍时，就可以验证机械能守恒。 因此，可以粗略地验证自由落体物体的机械能守恒。 例3 某同学研究
12.为了研究球摆动过程中机械能守恒，他使用的DIS装置如图5(a)所示。 在实验中，他选择以图像方式展示实验结果。 显示的DIS图像如图(b)所示。 ），图像横轴表示小球距D点的高度h，纵横轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E。 3、用摆球和系统验证机械能守恒定律，图5，（1）图（b）中7.9实验：验证机械能守恒定律课件ppt，球的动能Ek与球的高度h之间的关系图从D点开始是_。，C，答案，分析，分析是根据题图（b）从实验图像可以看出，小球的动能与重力势能之和等于a常数，即在允许的误差范围内，当只有重力起作用时，物体的机械能守恒。， (2) 根据图(b)所示的实验图像，可以得出的结论是_ _。 当只有重力起作用时，物体的机械能是守恒的。 回答
13.、在允许误差范围内，分析、标准检测、1、2、3、1。（实验装置及误差分析）图6是验证机械能守恒定律的实验装置示意图。 现有设备有：带铁夹的铁架、电磁打点定时器、纸带、带铁夹的砝码。 请回答下列问题： （1）为了完成这个实验，除了给定的设备外，还需要以下设备：_。（正确填写选项前的字母） A. 米尺 B. 秒表 C.低压直流电源D.低压交流电源，答案，分析，图6，AD，分析处理数据时需要测量长度，所以需要米尺； 电磁打点定时器工作时需要低压交流电源； 所以选项A和D是正确的。,1,2,3,(2)实验中出错的原因是:_(只写两个原因)。,答案,分析,答案胶带与胶带之间有摩擦力点定时器。 使用米尺测量卷尺
14、上点位置读数有误差。 在计算势能变化时，起始位置和终止位置选择得太接近。 交流频率不稳定。 （选二）、1、2、3。分析错误的原因是：纸带与打点计时器之间有摩擦。 用米尺测量纸带上的点位置时读数有误差。 在计算势能变化时，起始位置和终止位置选择得太接近。 交流电的频率不稳定。,1,2,3,(3)实验由于打点定时器的两个限位孔不在同一垂直线上，纸带通过时会遇到较大的阻力，从而导致纸带通过时受到较大的阻力。 .,B,答案,分析,2.（数据处理）用落体法验证机械能守恒。 该法实验中：（1）使用公式mgh对实验条件的要求为_，打点定时器的时间间隔为0.02s，则所选纸带第1点和第2点之间的距离应为接近_.，答案，分析，1,2,3,2毫米，重量
15. 物体开始从静止状态自由落体。 (2) 若实验中使用的重物质量为 m1 kg，打点纸带如图 7 所示，打点时间间隔为 0.02 s，则记录 B 点时重物的速度物体vB_，重物的动能EkB_，重物从开始下落到B点的重力势能的减少量为_，由此可以得出结论为_(g 9.8 m/s2，结果保留3 ，答案，分析，1,2,3，重物在实验误差允许范围内的机械能守恒，0.585 m/s,0.171 J,0.172 J，图7,1,2,3,3 （实验原理及误差分析）如图8所示，将质量分别为m1和m2的两个小木块A和B绑在横跨定滑轮的软绳两端。 M1m2 已知。 该装置现在用于验证机械能守恒定律。 (1) 如果选择块 A 并开始从静止状态下落
16、在跌落过程中进行测量，需要测量的物理量是_（填写序号）。 块体的质量m1、m2； 方块 A 下落的距离以及下落这段距离所需的时间； B块上升的距离以及上升该距离所需的时间； ，答案，1,2,3，图8，或者，（2）为了提高实验结果的准确性，一组学生对这个实验提出了以下建议： 软绳 质量物体的重量应轻； 在“绳子轻量化”的前提下，绳子越长越好； 尽量保证木块只在垂直方向移动，不晃动； 两个块之间的质量差异应尽可能小。 上述建议中，真正有助于提高准确率的是_。 （填写序号），答案，1,2,3，（3）写下上面未提及的对提高实验结果准确性有用的建议：_.，答案，1,2,3答案示例包括：“对同一高度进行多次测量，取平均值”“选择受力后相对伸长率尽可能小的绳索”“尽可能减少滑轮的质量”“测量。”滑轮的旋转轴“润滑”等（任选一项即可），