物理必修二学案

7.9实验：验证机械能守恒定律导学案【学习目标】1. 培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度。2. 通过验证机械能守恒定律进一步加深对机械能守恒条件的理解【重点难点】 验证机械能守恒定律【学法指导】 认真阅读教材，体会验证机械能守恒定律的物理思想和方法。【知识链接】1. 什么是机械能？2. 机械能守恒的条件是什么？利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h及计算出的瞬时速度v,若物体在自rh下落过 程中机械能守恒，则应满足的关系式是： 【学习过程】一、实验原理 只有重力做功的自由落体运动屮，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总的机械能守恒， 利用 打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h及计算出的瞬时速度V,从而验证物体在自由下落过程 屮，重力势能的减少量AEp二mgh与物体动能的增加量 Ek=mv72相等。思考1：|实验中为什么不必用天平测量重锤的质量？ 恵芳久实验时不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了，能否用来验证机械能守恒沱律?二、实验步骤1. 把打点计时器按图安装在铁架台上，用导线将打点计时器与学生电源连接好.2. 把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，用手竖直提起纸带， 使 重物停靠在打点计时器附近.3. 先接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器在纸带上打出 一 系列的点.4. 取下纸带，换上新的纸带重打几条（3-5 条）.5. 从打出的各纸带中挑出一条点迹清晰目第1, 2两打点间距离接近2 mm的纸带，在第一个打点上标出0,并从稍靠后的某一点开始，依次标1,2,3,并量出各点到位置0的距离hi , h2 , ha , 并记人表格中，6. 用公式Vn二v屮计算出各点对应的瞬时速度V】，v , V3 , v.i，并记录在表格屮.7. 计算打各点时重力势能的减少量mgh和动能的增加量01/2并进行比较，看是否相等，将计算数值代人表格中1. 实验中打点计时器的安装，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。2. 实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常后再松开纸带让重锤下落 .3. 打点计吋器必须接50 Hz交流低压电源.4. 手提纸带上端时，释放纸带时，保证重锤下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是 清晰的一个小点.5. 为减小测量h值的相对误差，选取的各个记数点要离起始点远些纸带也不宜过长，约40 cm 即可.6. 选取的纸带最好使第1,2两点间的距离接近2mm并且点迹清晰.因为打点计吋器每隔0.02 s打一 次点，自由落体运动在最初0.02s内下落的距离2 mm。所以,纸带第1,2两点间的距离接近2 mm,意味着 纸带是在打第1个点的瞬间开始下落.四、数据处理及误差分析1. 由于测量长度带来的误差屈于偶然误差，减小办法：一是测距离时都应从刻度清晰的某点量 起； 二是多测儿次取平均值；三是用图象法处理数据。2. 本实验实验关于速度的求解，只能从纸带上直接求出物体实际下落的速度，而不能用理论值计算 高度h只能用刻度尺直接测量。3. 实际上重锤和纸带在下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，故动能的增加量 AEk必定稍小于势能的减少量AEp,这是属于系统误差。训练测试】1 在“验证机械能守恒定律”的实验屮，下列物理量中要用工具测量和通过计算得到的有（）A. 重锤的质量B. 重力加速度C. 重锤下落的高度D. 与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度2. 在“验证机械能守恒定律”的实验中(1) 实验的研究对彖是 .(2) 供选择的重物有以下四个应选择()A. 质量为l()Og的钩码B. 质量为10g的祛码C. 质量为200g的木球D. 质量为10g的塑料球给打点计吋器提供的电源如下，应选择()A. 4 节干电池B. 3 节蓄电池C. 学生电源4V6V,交流输出D. 学生电源4V 6V,直流输出3. 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中：(1)打点计吋器所接交流电的频率为50Hz，甲、乙两条实验纸带如图所示，应选纸带(2)若通过测量纸带上某两点间距离来计算某时刻的瞬时速度，进而验证机械能守恒定律.现己 测得 2、4两点间距离为九0、3两点间距离为$2,打点周期为T,为了验证0、3两点间机械能守恒，贝U小、$2 和工应满足的关系为.4. 在当地重力加速度为9.8m/s2的实验室内进行验证机械能守恒定律的实验屮，所用电源的频率为 50Hz.同学选择了一条理想纸带，用刻度尺测量时各计时点位置对应刻度尺上的读数如图所示图中O 是自由落体的初始第一点，A、B、C、Q是纸带上连续的几个点，图中数值的单位为厘米根据实验并结 合纸带回答下列问题：ABCD)*Z62.9970 J 877?768573 实验吋要从几条纸带中挑选第一、二两点间的距离接近并且点迹清晰的纸带进行测量;若重锤质量为加kg,则重锤从开始下落到b点时，减少的重力势能为J;(数字部分保留三位有效数字)若重锤质量为wkg,则重锤到3点时，重锤的动能为J(数字部分保留三位有效数字)5. 在“验证机械能守恒定律”的实验中：所用电源的频率为50H乙某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测得各计数点到0的距离(单位：mm)如图所示，图屮0点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D、E分别是每打两个点取出的计数点.ED()125.0 195,0 20.53L549&0 单位:(1) 从下列器材中选出实验所必须的，其编号为.A打点汁时器(包括纸带)B重锤C天平D毫米刻度尺E秒表(或停表)F.运动小车 若重锤的质量为加kg,则重锤从开始下落到打B点时，减少的重力势能是J,从重锤下落到打B点时增加的动能是 J,得到的结论是 (取g=9.8m/s2,结果保留三位有效数字)【参考答案】1. 答案：CD 解析：通过实验原理可知，重锤下落高度要用毫米刻度尺直接量出，下落这一髙度时对应的速度用平均速度求出，故需用工具-测量的是C,通过计算得到的是D.2. 答案：带纸带夹的重锤(2)AC23. 答案： (1)甲(2)八=盘；解析：由于甲图中1、2两点间的距离(1.9mm)接近于2mm,故选甲图.4. 答案：2mm 6.88/w 6.82m5. 答案：(l)ABD (2)1.91 ？1.88加 在实验误差允许的范围内，重锤的机械能守恒【学习反思】验证机械能守恒定律的思想方法是怎样的?