第九节 实验:验证机械能守恒定律
自主学习案
【学习目标】
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。 【重点】掌握验证机械能守恒定律的实验原理。
【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。 【自主导学】
1、必须选择一个符合机械能守恒的运动模型来验证机械能守恒定律，本实验选择自由落体运动模型来验证机械能守恒定律，是因为物体在自由落体运动过程中只有____做功，满足____________。 2、按照书本要求，本实验是验证自由落体轨迹上开始点和其后任意点之间的机械能守恒，为此必须选择物体初速度为_______,判断开始点是否满足要求的依据是_____________,为了计算物体减少的重力势能，必须测量出物体__________________，对应的测量器材是___________。为了计算出某时刻物体的动能，必须测量出物体在该时刻的瞬时速度，其计算公式为__________________，这是利用了什么原理？_________________。为了计算物体的动能和重力势能，按理还需要知道物体的质量，但本实验中可以不测物体的质量，其原因是_______ 。 3、实验操作过程中，是先接通电源开始打点还是先放开纸带？为什么？ _______ 。
4、为了减小实验误差，应尽量减小重物下落时纸带所受的阻力。因此重锤应选______（填重、轻），纸带应_______放置。尽管采取了上述措施，但由于阻力还是存在的，所以实验中重力势能的减小量应______动能的增加量，这样才是符合实际的。 5、在架设打点计时器时应注意什么？为什么？
6、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？
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7、推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式：如图1所示，质量为m的物体从O点自由下落，以地面作为参考平面，取物体下落过程中的任意两点A和B，则由机械能守恒定律可列出方程（用
vA、vB、m、hA和hB表示）： ；将动能移到同一侧，重力势能移到另一侧，
则上式亦可写成： ；等式说明，物体重力势能的 等于动能的 。为了方便，可以直接从开始下落的O点至任意一点（如图1中A点）来进行研究，这时应有： （用
O
vA、m、h表示）。
2．用什么实验仪器确定重物下落的高度？
3．如何求出A点的瞬时速度vA？
如图2所示是竖直纸带由下而上实际打点后的情况。从O点开始依次取计数点1，2，3，4，用
t表示任意两个相邻点间的时间间隔，则各点的速度v1，v2，v3，v4可表示为
【自我检测】
1．关于验证机械能守恒定律的下列说法中正确的是：
A、选用重物时，重的比轻的好； B、选用重物时，体积小的比大的好； C、要用秒表测出重锤下落的时间；
D、重物所受的重力，应选大于它受的空气阻力和纸带受到打点计时器的阻力
2．在“验证机械能守恒定律”的实验中，需直接测量的物理量是____________，间接测量的物理量是____________________。
3．为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键。其中不必要的器材有：
；缺少的器材是 。
4．在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图4所示，其中A点为打下的
第一个点，0、1、2……为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、
s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间
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隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为____ _____。在打第5个计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为___ _____。
图4
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