《2015高一物理 4.5.2 实验：验证机械能守恒定律 学案（教科版必修2）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015高一物理 4.5.2 实验：验证机械能守恒定律 学案（教科版必修2）（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第 2 课时课时 实验：验证机械能守恒定律实验：验证机械能守恒定律导学目标 1.要明确选取纸带及测量瞬时速度的简单而准确的方法.2.通过亲自操作和实 际观测掌握实验的方法与技巧.3.通过对纸带的处理过程，体会处理问题的方法，领悟如何间 接测一些不能直接测量的物理量的方法1机械能守恒定律的条件是什么？ _ 2回顾以前学过的运动，哪种运动形式符合验证机械能守恒定律的条件？ _ 3如何利用纸带求解瞬时速度？ _一、实验原理及实验过程 1实验目的 验证机械能守恒定律 2实验原理 做自由落体运动的物体下落的高度为 h 时速度为 v，则物体的重力势能减少量为 mgh，动能增加量为 mv2，如果 mgh
2、mv2，即 gh v2，就验证了机械能守恒定律1212123实验器材 铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度 尺、低压交流电源(46 V) 4实验步骤 (1)安装：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与低压交流电源相连接 (2)接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限 位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让 重物自由下落 重复几次，打下 35 条纸带 (3)选纸带：选取点迹较为清晰的挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依 次标上 0,1,2,3. (4)数据
3、测量：测出 0 到点 1、点 2、点 3的距离，即为对应的下落高度 h1、h2、h3.问题延伸在本实验操作的具体过程中会遇到哪些问题？通过该问题的设置，学生对实验中可能遇到的问题进行预测，并提出相应的解决方法(1)重物下落的过程中除受重力外，还受到哪些阻力？怎样减小这些阻力对实验的影响？(2)重物下落时最好选择哪两个位置作为过程的开始和结束的位置？(3)本实验中用的重锤，质量大一些好还是小一些好？为什么？(4)质量是否为本实验必须测量的量？例 1 用自由落体验证机械能守恒定律，就是看 mv 是否等于 mghn(n 为计时点的编号122 n0、1、2n)下列说法中正确的是( ) A打点计时器打第
4、一个点 0 时，物体的速度为零 Bhn是计时点 n 到起始点 0 的距离 C必须要测量重物的质量 D用 vngtn计算 vn时，tn(n1)T(T 为打点周期) 例 2 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，调整纸带，重做两次 E用秒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
5、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)二、数据处理、误差分析和注意的问题 1数据处理(1)利用公式 vn，计算出点 1、点 2、点 3的瞬时速度 v1、v2、v3.hn1hn12t(2)要验证的是 mv2mgh 或 mv mv mgh，只需验证 v2gh 或12122 2122 112v v gh，因此不需要测量重物的质量 m.12 2 212 2 1验证：通过计算，在误差允许的范围之内验证 v 与 ghn是否相等或 v v 与 ghmn12 2 n12 2 m12 2 n是否相等 2误差分析 (1)本实验的误差主要是由于纸带测量产生的偶然
6、误差以及重物和纸带运动中的空气阻力 及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差 (2)测量时采取多次测量求平均值来减小偶然误差，安装打点计时器使两限位孔中线竖直， 并且选择质量适当大些，体积尽量小些的重物来减小系统误差 3实验注意事项 (1)打点计时器安装要稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力 (2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减 小体积，可使空气阻力减小 (3)实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落 (4)本实验中的两种验证方法均不需要测重物的质量 m. (5)速度不能用 vgt 或 v计算，应根据纸带上测得的数据计
7、算瞬时速度2gh例 3 (1)从下列器材中选出做验证机械能守恒定律实验时所必需的器材，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 _ (3)实验中产生系统误差的原因主要是_，使重物获得的动能往往 _为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择_ (4)如果以 v2/2 为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据绘出 v2/2h 图线是_，该线 的斜率等于_ 例 4 在“验证机械能守恒定律”的实验中，某同学实验时，手总是抖动，找不出一条 起始点迹清晰的纸带，该同学便选取一段纸带进行测量，如图 1
8、 所示，A、B、C、D、E、F 都是以 2 个计时点为 1 个计数点，其测量结果是 AB4.53 cm，AC10.58 cm，AD18.17 cm，AE27.29 cm，AF37.94 cm.(频率为 50 Hz)图 1(1)若重锤质量为 m，从 B 到 E 重力势能减少了多少？ (2)从 B 到 E 动能增加了多少？ (3)试对实验结果进行分析第第 2 课时课时 实验：验证机械能守恒定律实验：验证机械能守恒定律课前准备区 1机械能守恒定律的条件是：物体系统内只有重力或弹力做功 2自由落体运动只受重力，符合验证条件 3如图所示，由于纸带做匀加速运动，故有 A、C 之间的平均速度：ACvvAvC
9、2根据速度公式有：vBvAat，vCvBat 故有：vBvAvCvB即 vBvAvC2从而 vBAC.v课堂活动区 核心知识探究 一、 问题延伸 (1)重物下落的过程中，除受重力外，还要受空气阻力和打点计时器对纸带的摩擦力安 装打点计时器时注意保持竖直，重物要选择质量大一些的 (2)为减小测量高度 h 值的相对误差，选取的各计数点要离起始点远一些要从起始点开始测量出 h1、h2，再求出 hh2h1. (3)重锤应该选择质量大一些、体积小一些的，可以有效地减小空气阻力的影响 (4)质量并非必须测量的量，在需要计算具体的能量数值时才需要测量例 1 AB 本实验的原理就是利用重物的自由落体运动来验证
10、机械能守恒定律因此打点计时器所打的第一个点，重物运动的速度应为零hn与 vn分别表示打第 n 个点时重物下落的高度和对应的瞬时速度本实验中，不需要测量重物的质量因为公式 mgh mv2的两边都有 m，故只要12gh v2成立，mgh mv2就成立，机械能守恒定律也就被验证了1212例 2 E、I A JGBHDCF解析 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
11、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. 二、 例 3 (1)ABD (2)底板要竖直 接通电源 放下重物 (3)纸带通过打点计时器时受到 摩擦阻力 小于它所减少的重力势能 质量大一些的 (4)通过坐标原点的倾斜直线 重力加 速度解析 (1)选出的器材有：打点计时器(包括纸带)、重物、毫米刻度尺，编号分别为A、B、D.注意因 mgh mv2，故 m 可约去，不需要用天平12(2)打点计时器安装时，底板要竖直，这样才能使重物在自由落下时，受到的阻力较小开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再放下重物，让它带着纸带一同落下(3)产生系统误差的主要原因是纸带通过打点
12、计时器时受到摩擦阻力，使重物获得的动能小于它所减少的重力势能为减小误差，重物的质量应选大一些的(4)描绘出来的h 图线是一条通过坐标原点的倾斜直线，它的斜率即为重力加速度v22例 4 见解析解析 (1)由 EpmghmgBEm9.8(27.294.53)102 m2/s22.23m m2/s2.(2)由匀变速运动的规律，有vBAC m/s1.32 m/s，vAC2t10.58 1022 0.04vEDF2.47 m/s，vDF2t37.9418.17 1022 0.04又根据 Ek mv2有 EkB m1.322 m2/s20.87m m2/s2，1212EkE m2.472 m2/s23.05m m2/s2，12故 EkEkEEkB3.05m m2/s20.87m m2/s22.18m m2/s2.(3)动能增加量为 2.18m m2/s2，重力势能减少量为 2.23m m2/s2，动能增加量略小于重力势能减少量考虑实验误差，在实验误差允许的范围内，动能的增加量等于重力势能的减少量，即机械能守恒
