第1课时 实验：探究动能与重力势能的转化和守恒
[学生用书P25]
一、实验目的 探究机械能守恒定律． 二、实验原理
在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能相互转化，但总的机械能保持不变．若物体某时刻的瞬时速度为v，下落的高度为h，则物体重力势能的减少量为mgh，1212v动能的增加量为mv，如果在实验误差允许的范围内，mgh＝mv，即gh＝就验证了机械能222守恒定律．
三、实验器材
铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、低压交流电源(4～6 V)、重物、毫米刻度尺、纸带(带夹子)、复写纸片、导线．
四、实验步骤
1．安装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路．
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2．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方．先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落．更换纸带重复做3～5次实验．
3．选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2 mm的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2 mm的第一个点作为起始点，记作0，在距离0点较远处再依次选出计数点1、2、3…
4．测距离：用刻度尺测出0点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3… 五、数据处理
1．方法一：利用起始点和第n个点
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从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为mvn，计算ghn和vn，
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如果在实验误差允许的范围内ghn＝vn，则机械能守恒定律得到验证．
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2．方法二：任取两点A、B
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从A点到B点，重力势能减少量为mghA－mghB，动能增加量为mvB－mvA，计算ghAB和
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v2B－vA，如果在实验误差允许的范围内ghAB＝vB－vA，则机械能守恒定律得到验证．
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3．方法三：图象法
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计算各计数点v，以v为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，根据实验数
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据绘出v－h图象．若在实验误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，如图
2所示，则验证了机械能守恒定律．
六、误差分析
重物下落要克服阻力做功，因此减小的重力势能略大于增加的动能． 七、注意事项
1．尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有
(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力． (2)应选用质量和密度较大的重物，以减小阻力的影响．
2．实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直．接通电源后，等打点计时器工作稳定再松开纸带．
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3．纸带选取时以第一个点为起点时，要验证的是mvn＝mghn，必须保证纸带上的第一个
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点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距约为h＝gt＝×10×(0.02) m＝2 mm.
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4．实验中的三种验证方法均不需要测量重物的质量m.
5．计算速度时不能用v＝gt或v＝2gh，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误．
[学生用书P25]
实验步骤的考查
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某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤： A．用天平称出重物的质量；
B．把纸带固定到重物上，并把纸带穿过打点计时器，提升到一定高度； C．拆掉导线，整理仪器；
D．断开电源，更换纸带，重做两次； E．用停表测出重物下落的时间；
F．用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离，记录数据，并计算出结果，得出结论； G．把打点计时器接到低压交流电源上； H．接通电源，释放纸带；
I．把打点计时器接到低压直流电源上； J．把打点计时器固定到桌边的铁架台上．
上述实验步骤中错误的是________，可有可无的是________，其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是________．(均只需填步骤的代号)
[解析] 上述实验步骤中错误的是E和I，因为实验中不需要测定时间，打点计时器应使用低压交流电源．可有可无的实验步骤是A.其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是：JGBHDCF.
[答案] EI A JGBHDCF
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；只有亲自动手完成实验，才能知道实验的正确操作步骤．
对实验数据的处理和误差分析的考查
某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6 V、50 Hz的打点计时器打出的一
条无漏点的纸带如图所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8 m/s，若重锤质量为1 kg.
(1)打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB＝____________m/s，重锤的动能EkB＝________J.
(2)从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为________J. (3)根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是
________________________________________________________________________. [解题探究] (1)如何计算打出B点时的瞬时速度？
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鲁科版高中物理必修2第2章第3节能量守恒定律第1课时实验探究动能与重力势能的转化和守恒学案
