2019高中物理 第七章 机械能守恒定律 7.9 实验验证机械能守恒定律教案 新人教版必修2.doc

19 9 实验实验: :验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律学习目标 1 1.理解实验的思路,明确测量的物理量. 2 2.能正确地进行实验操作. 3 3.会根据纸带测定下落的距离,掌握瞬时速度测量的方法. 4 4.能根据实验数据得出实验结论. 自主探究 1 1.本实验的实验目的是通过研究物体 下落过程中, 能和 能的 变化来验证 . 2 2.实验原理:做自由落体运动的物体,设质量为m,下落高度为h时的速度为v,则减少的 重力势能为 ,增加的动能为 .若两个量在误差允许的范围内相等,就验证了 机械能守恒定律. 3 3.速度的测量:做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于 . 4 4.本实验中,用到的实验器材主要有打点计时器及学生电源、 、 、重 物、 、带铁夹的铁架台、导线. 合作探究 一、实验介绍 1 1.实验目的:验证机械能守恒定律. 2 2.实验原理:本实验验证自由落体运动情形下的机械能守恒. 思考 1:选择重物时,选轻一点的好还是重一点的好?为什么?思考 2:本实验要不要测量垂物的质量?3 3.实验器材:铁架台、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、重物(带铁夹)、毫米刻 度尺等. 二、实验步骤1 1.按图安装实验器材,电源接 46V 学生电源.接通电源前,用手提升纸带至重物靠近打 点计时器处. 2 2.先接通电源,再松开纸带,让重物自由下落.关闭电源,取下纸带备用. 3 3.重复步骤 2 两次,打出 3 条纸带.24 4.取点迹清晰,且第一、二点间距离接近 2mm 的纸带进行测量.先将第一点记为 0 点,然 后在纸带上任取 5 个连续的点(或间隔点数相同的点),如下图所示.5 5.验证 0 点到 2 点过程机械能守恒的方程为mgh2= m()2,其中t为 1 点到 2 点(或 2 点到 3 点)之间的时间间隔,如果在误差允许的范围内等式成立,实验就是成功的.同理,可 以验证 0 点到 3 点过程、0 点到 4 点过程的机械能是否守恒. 6 6.拆下器材,放回原处. 思考 3:对于实际获得的纸带,如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下 的呢?三、数据处理与分析 依据实验,采集整理以下信息:数 据 序号 下落高度hn/m瞬时速 度vn/(m· s-1)减少的重 力 势能mghn/J增加的 动能/J234思考 4:验证机械能守恒时可以回避起始点吗(即处理纸带时可以不用到起始点吗)?我们可以选取A、B两点,比较它们的机械能EA和EB.若以点B为 0 势能点,则有: . 数据处理:h /mvA/(m ·s-1)vB/(m ·s-1)势能减少量Ep/J动能增加 量Ek/J1234通过本实验,我们可以得到的结论: . 思考 5:如何测量物体的瞬时速度?3探究讨论:速度能不能用v=或v=gt计算?图象法处理数据:误差分析 1 1.偶然误差:测量长度时会带来误差. 2 2.系统误差:实验中重物和纸带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 Ek必定稍小于势能的减少量 Ep. 四、例题分析 例 1在“验证机械能守恒定律”的一次实验中,质量m=1kg 的重物自由下落,在纸带 上打出一系列的点,如图所示(相邻计数点时间间隔为 0.02s),那么:(1)纸带的 (用字母表示)端与重物相连; (2)打点计时器打下计数点B时,物体的速度vB= ; (3)从起点P到打下计数点B的过程中物体的重力势能减少量 Ep= ,此过程 中物体动能的增加量 Ek= ;(g取 9. 8m/s2) (4)通过计算,数值上 Ep Ek(选填“”或“=”),这是因为 ; (5)实验的结论是 . 例 2在用打点计时器验证物体自由下落过程中机械能守恒的实验里,以下哪些步骤是 必要的?请把它们选出,并将它们的字母代号按操作顺序填在后面横线上: . A.断开电源,取下纸带进行测量、记录 B.将纸带固定在重物上,并把它穿过打点计时器,提升到一定高度 C.接通电源,释放纸带 D.用天平测出重物的质量 E.把打点计时器固定在支架上,并接在交流低压电源两端 F.用停表测出重物下落的时间 例 3在用自由落体运动做“验证机械能守恒定律”实验中,用天平称得重物的质量为 0.5kg,所用电源的频率为 50Hz,某同学通过正确的实验操作得到了一条理想的纸带.纸带上4打出的点如图所示(纸带上的O点是第一个打印点,A、B、C、D、E分别是每打两个点的时 间作为计时单位取的计数点,图中数据单位为毫米),已知当地的重力加速度为 9.8m/s2.选 择B点为初始点,D点为终点,则从打下B点到打下D点的过程中,重物的重力势能的减少量 为 J,重物动能的增加量为 J. 课堂检测 1 1.本实验中,除铁架台、夹子、低压交流电源、纸带和重物外,还需选用的仪器是( ) A.停表B.刻度尺C.天平D.打点计时器 2 2.在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竖直线上,使纸 带通过时受到较大阻力,这样的结果会有( )A.mgh> mv2B.mgh 有机械能损失 (5)在误差允许范围内,重物下落时机械能守恒 例 2EBCA 例 30.914 0.909 课堂检测1 1.BD 2 2.A 3 3.C64 4.解析:(1)由vB=,EkB=,EpB=mghOB 得:vB=0.59m/s,EkB0.17J,EpB0.17J. 在实验误差允许的范围内,重物动能的增加等于重物重力势能的减少.(2)由mv2=mgh,得v2=gh,所以h的图象应是一条过原点的倾斜的直线,直线斜率等于g,故 C 图正确.答案:(1)0.59m/s 0.17J 0.17J 在实验误差允许的范围内,重物动能的增加等于重 物重力势能的减少 (2)C 5 5.解析:(1)利用平均速度等于这段时间中点时刻的瞬时速度的公式,可求出v2=m/s=1.50m/s,v5=m/s2.08m/s.又 2、5 两点间距 h=0.108m, 所以重力势能的减少量 Ep=mgh1.06m J,动能的增加量 Ek=1.04m J, 比较两值近似相等,可认为机械能守恒定律成立. (2)因为存在摩擦阻力和空气阻力.改进方法:可使重物质量大些,体积小些,纸带不宜过 长. 答案:(1)见解析 (2)见解析