(2021新人教版)高中物理必修第二册8.5 实验:验证机械能守恒定律学案.docx

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1、实验:验证实验:验证机械能守恒定律机械能守恒定律 【学习目标】【学习目标】 1理解实验的设计思路,明确实验中需要测量的物理量。 2知道实验中选取测量点的有关要求,会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离, 掌握测量物体运动的瞬时速度的方法。 3能正确进行实验操作,能够根据实验数据的分析中得出实验结论。 4能定性地分析产生实验误差的原因,并会采取相应的措施减小实验误差。 【学习重点】学习重点】 验证机械能守恒定律的实验原理。 【学习难点】学习难点】 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。 【新知探究】【新知探究】 一、自主学习 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

2、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_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_。 为了计算出某点时刻物体的动能,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

3、 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。 因此物体应选_ (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。 二、合作学习 例题:例题: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 50Hz, 测得当地的重力加速度 g=9.8m/s2,测得所用重物的质量为 1.00kg,实验中得到一点迹清晰的 纸带(如图) ,把第一点记作 O,另选连续的 4 个点 A、B、C、D 作为测量的点,经测量知道 A、B、C、D 到 0 点的距离分别为 62.99cm,70.18cm,77.76

4、cm,85.73cm,根据以上的数据, 可知重物由 0 运动到 C 点, 重力势能的减小量等于_J, 动能的增加量等于_J。 (取 三位有效数字) 解析解析 重物从 O 点到 C 点下落高度 h=0.7776m,WP=mgh=1.009.80.7776J=7.62J 计算相应过程的动能增加量应先计算出 C 点的瞬时速度 vc,由图可知: vc=xBD/2t=(0.8537-0.7018)/(20.02)=3.898(m/s) 故Ek=mvc2/2=1.003.8982/2J=7.56J 拓展拓展 有些认为动能增加量可以根据机械能守恒得到Ek=0.762J,这样做犯了逻辑错误, 因为实验目的就是

5、要验证机械能是否守恒,验证过程中当然不能利用机械能守恒的结论。且实 验中不可避免存在阻力,动能增加量不等于重力势能的减小量。 【学习【学习小结小结】 本节课主要学习了:1实验目的:用自由落体运动验证机械能守恒。2纸带的选取及重 物速度的测量方法。3实验的误差来源及注意事项。 【精练反馈精练反馈】 1在本实验中,对自由下落的重物,下述选择的条件哪种更为有利?( D ) A只要有足够重就可以 B只要体积足够小就可以 C既要足够重,又要体积非常小 D应该密度大些,还应便于夹紧纸带,使纸带随同运动时不致扭曲 2在本实验中,有如下器材:A打点计时器;B低压交流电源(附导线) ;C天平(附 砝码) ;D铁

6、架台(附夹子) ;E重锤(附夹子) ;F纸带;G秒表;H复写纸。其中不 必要的有_;还缺少的是_。 C,G;刻度尺,电键 3下列列出一些实验步骤: A用天平称出重物和夹子的质量。 B将重物系在夹子上。 C将纸带穿过计时器,上端用手提着,下端夹上系住重物的夹子,再把纸带向上拉,让 夹子静止在靠近打点计时器处。 D把打点计时器接在学生电源的交流输出端,把输出电压调至 6V(电源不接通) 。 E把打点计时器用铁夹子固定到放在桌边的铁架台上,使两个限位孔在同一直线上。 F在纸带上选取几个点,进行测量和记录数据。 G用秒表测出重物下落的时间。 H接通电源,待计时器响声稳定后释放纸带。 I切断电源。 J更换纸带重新进行两次实验。 K在三条纸带中选出较好的一条。 L进行计算,得出结论,完成实验报告。 M拆下导线,整理器材。 对于本实验以上步骤中,不必要的有_;正确步骤的合理顺序是:_(填 写代表字母) A,G;EDBCHIJMKFL 4本实验中,设在选定的纸带上依次把点子记为 1,2,3,等计数点,如图,纸带 上所打点,记录了物体在不同时刻的_,当打点计时器打点“4”时,物体动能的表达 式应该是_;若以计数点 1 为参考点,当打第 4 点时物体的机械能的表达式为 _(打点计时器的打点周期为 T) 。

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