高中物理7.9实验验证机械能守恒定律导学案新人教版必修2201707131110.doc

第七章 机械能守恒定律第9节 实验：验证机械能守恒定律【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。3.通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法。【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。 预习案1、推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。在图1中，质量为m的物体从O点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点A和B的机械能分别为：EA= ， EB= 如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有: 上式亦可写成 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：-本实验要验证的表达式，式中h是 高度，vA是物体在A点的 速度。2、如何求出A点的瞬时速度vA？ 3、如何确定重物下落的高度？ 4、怎样验证机械能守恒定律？ 探究案探究一：该实验中选取被打点纸带应注意两点：一是第一点O为计时起点，二是O点的速 度应为零。怎样判别呢？探究二:是否需要测量重物的质量？探究三：在架设打点计时器时应注意什么？为什么？探究四：实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？为什么？探究五：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？ 实验步骤1把打点计时器安装在铁架台上，用导线将学生电源和打点计时器接好2把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近3接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打出一系列的点4重复上一步的过程，打两到三条纸带5选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2 mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3用刻度尺测量对应下落的高度h1h2h3，记人表格中6用公式vn=hn+1+hn-1/2t，计算出各点的瞬时速度v1v2v3并记录在表格中7计算各点的重力势能的减少量。和动能的增加量，并进行比较看是否相等，将数值填人表格内（五）实验数据处理各计数点12345下落高度初末速度势能动能结论误差分析： 课堂小结： 课后巩固【概念规律练】知识点一实验器材的选择和实验的操作1用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，下列物理量中需要测量的有()A重物的质量B重力的加速度C重物下落的高度D与重物下落高度对应的重物的瞬时速度2在验证机械能守恒定律的实验中：(1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为_A打点计时器(包括纸带) B重物C天平 D毫米刻度尺E秒表 F运动小车(2)打点计时器的安装放置要求为_；开始打点计时的时候，应先_，然后再_(3)选择下列正确的实验步骤，并按次序排列为_A用天平测出重锤的质量B把打点计时器竖直地夹稳在铁架台上C接通电源，松开纸带D松开纸带，接通电源E用停表记下重锤下落的时间F取下纸带，重复上述实验3次G将纸带固定在重锤上，让纸带穿过打点计时器并用手提住，使重锤靠近打点计时器H选取理想纸带，对几个方便的点测量并计算，看mgh和mv2是否相等知识点二实验的原理3在某次验证机械能守恒定律的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一条竖直线上，使纸带通过时受到了较大的阻力，则结果()Amgh>mv2 Bmgh<mv2Cmghmv2 D以上都不可能4某同学在做“验证机械能守恒定律”的实验时，不慎将一条选择好的纸带的前面部分损坏了，剩下的一段纸带上各点间的距离，他测出并标在纸带上，如图1所示已知打点计时器打点的周期T0.02 s，重力加速度g取9.8 m/s2.图1(1)利用纸带说明重物通过第2、5两点时机械能守恒(2)分别说明为什么得到的结果是重力势能的减少量略大于动能的增加量？【方法技巧练】实验数据的处理方法5在“验证机械能守恒定律”的实验中，根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以v2为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是下图中的()6在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g9.80 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图2所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每两个点取出的计数点根据以上数据，可知重物由O点运动到B点时图2(1)重力势能的减少量为多少？(2)动能的增加量是多少？(3)根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？课后反思：参考答案课后巩固1CD，2(1)A、B、D(2)底板要竖直给打点计时器通电释放重物(3)B、G、C、F、H，3A，4见解析解析(1)v2 m/s1.55 m/sv5 m/s2.08 m/sEkmvmv0.96m而Epmgs25m×9.8×(3.33.64.0)×1021.07m故在系统误差允许的范围内重物通过第2、5两点时机械能守恒(2)不难看出Ep>Ek，这是因为重物下落的过程中除了受到空气阻力的作用外，还受到纸带和限位孔间摩擦阻力的作用5C6(1)1.911m(2)1.89m (3)从(1)、(2)中计算的数据可得出在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的动能，机械能守恒产生误差的主要原因：重物在下落时要受到阻力作用(打点计时器对纸带的摩擦力、空气阻力)，克服阻力做功