7-9 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 —人教版高中物理必修二學(xué)案

1、導(dǎo)學(xué)案7-9 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律班別： 姓名 學(xué)號(hào) 青春寄語(yǔ)：學(xué)習(xí)需要堅(jiān)持與勤奮，面對(duì)困難和困惑，我們應(yīng)該勇敢前行?！竞诵乃仞B(yǎng)】1掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理2通過(guò)用紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，體驗(yàn)驗(yàn)證的過(guò)程和物理學(xué)的研究方法。3通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，體會(huì)學(xué)習(xí)的快樂(lè)，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣；通過(guò)親身實(shí)踐，樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀。培養(yǎng)觀察和實(shí)踐能力，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度?！局攸c(diǎn)】掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理?！倦y點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理【預(yù)習(xí)案】一、實(shí)驗(yàn)原理只有重力對(duì)物體做功的過(guò)程，比較物體 的變化量與 變化量，若滿足 ，則說(shuō)明機(jī)械能守恒二、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、電磁打

2、點(diǎn)計(jì)時(shí)器（或電火花計(jì)時(shí)器）、重錘（帶紙帶夾子）、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、刻度尺、低壓交流電源。三、兩種驗(yàn)證方案1若以重物下落的起始點(diǎn)O為基準(zhǔn)，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測(cè)出重物自起始點(diǎn)O下落距離h時(shí)的速度v，則在誤差允許范圍內(nèi)，由計(jì)算得出 ，機(jī)械能守恒定律即被驗(yàn)證2若以重物下落過(guò)程中的某一點(diǎn)A為基準(zhǔn)，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測(cè)出重物位于A點(diǎn)時(shí)的速度vA，再測(cè)出重物由A點(diǎn)下落h后經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度vB，則在誤差允許范圍內(nèi)，由計(jì)算得 ，機(jī)械能守恒定律即被驗(yàn)證四、實(shí)驗(yàn)步驟(1)安裝置：按圖甲把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源連接好(2)打紙帶：在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位

3、孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近先接通電源后放手，讓重物拉著紙帶自由下落重復(fù)幾次，得到35條打好點(diǎn)的紙帶(3)選紙帶：從打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰且開始的兩點(diǎn)間距接近2 mm的一條紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上0，以后任取間隔相同時(shí)間的點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3，如圖乙(4)測(cè)距離：用刻度尺測(cè)出0到1、2、3的距離，即為對(duì)應(yīng)下落的高度h1、h2、h3.【探究案】自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒1數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度：根據(jù)公式vn，計(jì)算出1、2、3、n點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、vn.(2)機(jī)械能守恒驗(yàn)證：方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)從起始點(diǎn)到第n個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，重力勢(shì)能減少量為mghn，動(dòng)能增加

4、量為mv，計(jì)算ghn和v，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)ghnv，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證方法二：任取兩點(diǎn)A、B.從A點(diǎn)到B點(diǎn)，重力勢(shì)能減少量為mghAmghB，動(dòng)能增加量為mvmv，計(jì)算ghAB和vv，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)ghABvv，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證方法三：圖象法以v2為縱軸，以各計(jì)數(shù)點(diǎn)到第一個(gè)點(diǎn)的距離h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2h圖線若在誤差允許范圍內(nèi)圖象是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律2誤差分析(1)本實(shí)驗(yàn)的誤差主要是由紙帶測(cè)量產(chǎn)生的偶然誤差以及重物和紙帶運(yùn)動(dòng)中的空氣阻力及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差(2)測(cè)量時(shí)采取多次測(cè)量求平均值的方法來(lái)減小偶然誤差

5、，安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)使兩限位孔中線豎直，并且選擇質(zhì)量適當(dāng)大些、體積盡量小些的重物來(lái)減小系統(tǒng)誤差3實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝要穩(wěn)固，并使兩限位孔的中線在同一豎直線上，以減小摩擦阻力(2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力相對(duì)減小(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再松開紙帶讓重物下落(4)本實(shí)驗(yàn)中的兩種驗(yàn)證方法均不需要測(cè)重物的質(zhì)量m.(5)速度不能用vgt或v計(jì)算，應(yīng)根據(jù)紙帶上測(cè)得的數(shù)據(jù)，利用vn計(jì)算瞬時(shí)速度【例1】某同學(xué)利用重物自由下落來(lái)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示(1)請(qǐng)指出實(shí)驗(yàn)裝置中存在的明顯錯(cuò)誤：

6、_。(2)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，為保證重物下落時(shí)初速度為零，應(yīng)_A先接通電源，再釋放紙帶B先釋放紙帶，再接通電源(3) 根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)打出的1、2、3、4四個(gè)點(diǎn)如圖乙所示已測(cè)出1、2、3、4到打出的第一個(gè)點(diǎn)O的距離分別為h1、h2、h3、h4，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T.若代入所測(cè)數(shù)據(jù)能滿足表達(dá)式gh3_，則可驗(yàn)證重物下落過(guò)程機(jī)械能守恒(用題目中已測(cè)出的物理量表示)例2 在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，小明同學(xué)利用傳感器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：如圖甲所示，將質(zhì)量為m、直徑為d的金屬小球在一定高度h由靜止釋放，小球正下方固定一臺(tái)紅外線計(jì)時(shí)器，能自動(dòng)記錄小球擋住紅外線的時(shí)間t，改變小球下落高度h，進(jìn)行多次

7、重復(fù)實(shí)驗(yàn)此方案驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律方便快捷（1）為直觀判斷小球下落過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，應(yīng)作下列哪一個(gè)圖象 A圖象 B圖象 C圖象 D圖象（2） 經(jīng)正確的實(shí)驗(yàn)操作，小明發(fā)現(xiàn)小球動(dòng)能增加量總是稍小于重力勢(shì)能減少量mgh，你認(rèn)為增加釋放高度h后，兩者的差值會(huì)（填“增大”、“縮小”或“不變”）【訓(xùn)練案】1如圖為利用氣墊導(dǎo)軌(滑塊在該導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力可忽略)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置，完成以下填空實(shí)驗(yàn)步驟如下：將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平測(cè)出擋光條的寬度l和兩光電門中心之間的距離s.將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動(dòng)時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過(guò)

8、光電門2.讀出滑塊分別通過(guò)光電門1和光電門2的擋光時(shí)間t1和t2.用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m.滑塊通過(guò)光電門1和光電門2時(shí)，可以確定系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動(dòng)能分別為Ek1_和Ek2_.在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過(guò)程中，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量Ep_.(重力加速度為g)如果滿足關(guān)系式_，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律2某同學(xué)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”時(shí)按圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從打出的紙帶中選出符合要求的紙帶，如圖所示圖中O點(diǎn)為打點(diǎn)起始點(diǎn)，且速度為零(1)選取紙帶上打出的連續(xù)點(diǎn)A、B、C、，測(cè)出其中E、F、G點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離分別為h1、h2、h3，已知重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期為T.為驗(yàn)證此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，需要計(jì)算出從打下O點(diǎn)到打下F點(diǎn)的過(guò)程中，重錘重力勢(shì)能的減少量Ep_，動(dòng)能的增加量Ek_(用題中所給字母表示)(2)以各點(diǎn)到起始點(diǎn)的距離h為橫坐標(biāo)，以各點(diǎn)速度的平方v2為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，用實(shí)驗(yàn)測(cè)