2019-2020年物理必修二堂探究学案：7.9-实验：验证机械能守恒定律（含答案）

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1、2019-2020年物理必修二堂探究学案：7.9-实验：验证机械能守恒定律（含答案）探究一实验注意事项1．先接通电源打点，后释放纸带。2．选取纸带：(1)选择开始的一段时，要验证的是mv＝mghn，必须保证纸带上的第一点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距为h＝gt2＝×10×(0.02)2m＝2mm。(2)选择运动中的一段时，要验证的是mv－mv＝mghmn，这时选择纸带不需要满足前两点间距为2mm。3．计算速度时不能用v＝gt或v＝，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。4．测量下落高度时，为减小实验误差，后边的点应距起点O

2、较远，在测量各点到O点的距离时，应当用刻度尺从O点量起，一次性读出各点到O点的距离。探究二数据处理1．求瞬时速度由公式vn＝可以计算出重物下落h1、h2、h3…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3…2．守恒验证方法一：利用起始点。利用起始点和第n点计算。代入ghn和v，如果在实验误差允许的范围内，ghn＝v，则机械能守恒定律得到验证。方法二：任取两点。(1)任取两点A、B，测出hAB，求出ghAB。(2)求出A、B两点的瞬时速度，求出v－v的值。(3)如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝v－v，则机械能守恒定律得到验证。方法三：图象法。从纸带

3、上选取多个点，测量从第一个点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2-h图线。若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。探究三误差分析1．测量长度会带来偶然误差。减小偶然误差的办法：(1)测距离都应从O点测起；(2)多次测量取平均值；(3)选取的计数点应尽可能离O点远些，以减小相对误差。2．重物在拖着纸带下落的过程中必然受到阻力作用，主要是打点计时器与纸带间的摩擦力以及空气的阻力。克服这些阻力做功要消耗能量，所以重物动能的增加量ΔEk必定小于重力势能的

4、减少量ΔEp。这是实验设计上带来的系统误差。3．打点计时器周期变化带来误差。【例1】(实验原理及过程的理解)在验证机械能守恒定律的实验中，有同学按以下步骤进行实验操作：A．用天平称出重物和夹子的质量。B．固定好打点计时器，将连着重物的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器。C．松开纸带，接通电源，开始打点。并如此重复多次，以得到几条打点纸带。D．取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O，在距离O点较近处选择连续几个计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值。E．测出各点到O点的距离，即得到重物下落的高度。F．计算出mghn和mv，看两

5、者是否相等。在以上步骤中，不必要的步骤是______；有错误或不妥的步骤是______(填写代表字母)；更正情况是①______，②______，③______，④______。点拨：对于物理实验，掌握实验原理和操作方法是最基本的要求。只有掌握了实验原理，才能判断出实验步骤中哪些是错误的，哪些是必要的；只有亲自动手进行认真的操作，才能正确地对实验步骤按序排列。解析：本实验的目的是要验证机械能守恒定律，即比较重物在下落过程中重力势能的减少量ΔEp与动能的增加量ΔEk是否相等，如果操作不当或错误，就会增大重物和纸带所受阻力，导致机械能损耗过大，无法达

6、到实验目的。为了保证实验成功和减少机械能损耗，在实验操作时应遵照注意事项，因此本题可对照实验注意事项和围绕减小误差方面进行考虑。因本实验是通过比较重力势能的减少量ΔEp是否等于动能的增加量ΔEk来验证机械能守恒的，不需要知道动能的具体数值，因而不需要测出重物和夹子的质量，故步骤A是多余的。有错误或不妥的步骤是B、C、D、F。原因和更正办法分别是：B中“让手尽量靠近”应改为“让重物尽量靠近打点计时器”，因打点计时器开始工作应从与重物靠近的纸带开始打点，不致留下过长的空白纸带，纸带也不宜过长，约40cm即可。C中应先接通电源，后松开纸带。因为只有当打

7、点计时器工作正常后再让重物下落，才可保证打第一个点时重物的初速度为零，并且使纸带上的第一个点是清晰的小点。D中应将“距离O点较近处”改为“距离O点较远处”，因为所取的各计时点应尽量是重物自由下落运动的真实记录，而打点计时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定状态，同时开始的几个点比较密集，会增加长度测量的误差。F中应改为“ghn和v”，因本实验中是通过比较重物的重力势能减少量mghn和动能增加量mv的大小来达到验证的目的，对于同一个研究对象(重物)来说，质量是一定的，故只需比较ghn和v就能达到目的。答案：见解析题后反思做实验，要了解其目的、

8、原理、器材及其思路，才能很好地把握过程(步骤)。无须死记硬背。【例2】(实验数据的处理)在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用