高一物理必修二驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)案

編號(hào)：gswhwlbx2010文華高中高一物理必修2《實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》導(dǎo)學(xué)案編制人：劉嬌嬌審核人：吳軍云班級(jí)：組名：學(xué)生姓名：學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度（2）掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理學(xué)習(xí)重難點(diǎn)掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理；驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的誤差分析及如何減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法學(xué)習(xí)過(guò)程一、實(shí)驗(yàn)原理1.物體在自由下落過(guò)程中，重力勢(shì)能，動(dòng)能。如果忽略空氣阻力，只有重力做功，物體的機(jī)械能守恒，重力勢(shì)能的減少動(dòng)能的增加。設(shè)物體的質(zhì)量為m，借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下紙帶，由紙帶測(cè)算出至某時(shí)刻下落的高度h及該時(shí)刻的瞬時(shí)速度v；進(jìn)而求得重力勢(shì)能的減少量│△Ep│=mgh和動(dòng)能的增加量△EK=1/2mv2；比較│△Ep│和△EK，若在誤差允許的范圍內(nèi)相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒。2.測(cè)定第n點(diǎn)的瞬時(shí)速度vn：依據(jù)“物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，在某段時(shí)間內(nèi)的等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度”。二、實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，電源，紙帶，復(fù)寫(xiě)紙，重物(帶紙帶夾子)，導(dǎo)線，刻度尺，鐵架臺(tái)(帶夾子)。三、實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖裝置固定好計(jì)時(shí)器，并用導(dǎo)線將計(jì)時(shí)器接到電壓合適的交流電源上(2)將紙帶的一端用小夾子固定在重物上，使另一端穿過(guò)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提著紙帶，使重物靜止在計(jì)時(shí)器的地方。(3)先，后松開(kāi)紙帶，讓重物自由下落，計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列點(diǎn)。(4)換幾條紙帶，重做上面的實(shí)驗(yàn)。(5)從幾條打上了點(diǎn)的紙帶上挑選第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2mm且點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量。(6)在挑選出的紙帶上，先記下打第一個(gè)點(diǎn)的位置0，再任意選取幾個(gè)點(diǎn)1、2、3等，用刻度尺量出各點(diǎn)到0的距離h1、h2、h3等，如圖所示。(7)用公式vn=（hn+1-hn-1）/2T計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3等。(8)計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的勢(shì)能減少量mghn和動(dòng)能的增加量1/2mvn2的值，進(jìn)行比較，得出結(jié)論。四、實(shí)驗(yàn)記錄五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論在只有重力做功的情況下，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能總量保持不變。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)計(jì)時(shí)器要豎直地架穩(wěn)、放正。架穩(wěn)就是要牢固、穩(wěn)定。重物下落時(shí)它不振動(dòng)；放正就是使上下兩個(gè)限位孔在同一豎直平面內(nèi)一條豎直線上與紙帶運(yùn)動(dòng)方向相同，以減小紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)與限位孔的摩擦(可用手提住固定好重物的紙帶上端，上下拉動(dòng)紙帶，尋找一個(gè)手感阻力最小的位置)。(2)打點(diǎn)前的紙帶必須平直，不要卷曲，否則紙帶在下落時(shí)會(huì)卷到計(jì)時(shí)器的上邊緣上，從而增大了阻力，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差過(guò)大。(3)接通電源前，提紙帶的手必須拿穩(wěn)紙帶，并使紙帶保持豎直，然后接通電源，待計(jì)時(shí)器正常工作后，再松開(kāi)紙帶讓重物下落，以保證第一個(gè)點(diǎn)跡是一個(gè)清晰的小點(diǎn)。(4)對(duì)重物的要求：選用密度大、質(zhì)量大些的物體，以減小運(yùn)動(dòng)中阻力的影響(使重力遠(yuǎn)大于阻力)。(5)測(cè)量下落高度時(shí)，必須從起點(diǎn)0量起。為了減小測(cè)量的相對(duì)誤差，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)要離O點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些(紙帶也不宜過(guò)長(zhǎng))。(6)本實(shí)驗(yàn)并不需要知道重力勢(shì)能減少量和動(dòng)能增加量的具體數(shù)值，只要對(duì)mgh與1/2mv2進(jìn)行比較（實(shí)際上只要驗(yàn)證1/2v2=gh即可）以達(dá)到驗(yàn)證機(jī)械能守恒的目的，所以不必測(cè)出重物的質(zhì)量。七、誤差分析(1)做好本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是盡量減小重物下落過(guò)程中的阻力，但阻力不可能完全消除。本實(shí)驗(yàn)中，誤差的主要來(lái)源是紙帶摩擦和空氣阻力。由于重物及紙帶在下落中要不斷地克服阻力做功，因此物體動(dòng)能的增加量必稍小于重力勢(shì)能的減少量，這是系統(tǒng)誤差。減小系統(tǒng)誤差的方法有選用密度大的實(shí)心重物，重物下落前紙帶應(yīng)保持豎直，選用電火花計(jì)時(shí)器等。(2)由于測(cè)量長(zhǎng)度會(huì)造成誤差，屬偶然誤差，減少辦法一是：測(cè)距離都應(yīng)從起點(diǎn)0量起，下落高度h適當(dāng)大些(過(guò)小，h不易測(cè)準(zhǔn)確；過(guò)大，阻力影響造成的誤差大)，二是：多測(cè)幾次取平均值。例.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9．80m/s2。某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測(cè)量時(shí)計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖所示。圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D分別是每打兩個(gè)點(diǎn)取出的計(jì)數(shù)點(diǎn)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)：(1)重力勢(shì)能的減少量為多少?(2)動(dòng)能的增加量是多少?(3)根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)可得出什么結(jié)論?產(chǎn)生誤差的主要原因是什么?文華高中高一物理必修2《實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》節(jié)節(jié)過(guò)關(guān)達(dá)標(biāo)檢測(cè)1．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，需要直接測(cè)量和間接測(cè)量的數(shù)據(jù)是重物的()A．質(zhì)量B．下落時(shí)間C．下落高度D．瞬時(shí)速度2．下列實(shí)驗(yàn)步驟中，合理的順序是A．把重物系在夾子上，紙帶穿過(guò)計(jì)時(shí)器，上端用手提著，下端夾上系重物的夾子，讓夾子靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。B．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接入學(xué)生電源交流輸出端，輸出電壓調(diào)在6V。C．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使兩個(gè)限位孔在同一豎直線上。D．拆下導(dǎo)線，整理器材。E．接通電源，釋放紙帶。F．?dāng)嚅_(kāi)電源，更換紙帶。再進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)。G．在三條紙帶中選取最合適的一條，再紙帶上選幾個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。3．如圖所示為用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置。（1）關(guān)于這一實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是（

）

A.重錘的質(zhì)量不必測(cè)量B.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接低壓直流電

C.應(yīng)先接通電源打點(diǎn)，后釋放紙帶D.需使用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間

（2）選用實(shí)驗(yàn)中得出的一條紙帶來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。圖中O點(diǎn)為起始點(diǎn)，A,B,C,D,E,F,G為七個(gè)相鄰的原始點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)是第個(gè)點(diǎn)。設(shè)相鄰點(diǎn)間的時(shí)間間隔為，下列表達(dá)式可以用本實(shí)驗(yàn)中計(jì)算F點(diǎn)速度的是（

）

A.

B.C.

D.4．如圖所示為某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，其中ABCDEF是用打點(diǎn)頻率為50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打出的6個(gè)點(diǎn)，該同學(xué)用毫米刻度尺測(cè)量A點(diǎn)到各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中（單位：cm）則：

①圖中五個(gè)數(shù)據(jù)中有不符合有效數(shù)字要求的一組數(shù)據(jù)應(yīng)改為_(kāi)_______；

②物體運(yùn)動(dòng)的加速度是________；（保留三位有效數(shù)字）

③根據(jù)以上②問(wèn)計(jì)算結(jié)果可以估計(jì)紙帶是該同學(xué)最可能做下列那個(gè)實(shí)驗(yàn)打出的紙帶是

A．練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 B．探究“加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”C．用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 D．用斜面和小車(chē)研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)④根據(jù)以上③問(wèn)結(jié)果，為了求出物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的阻力，還需測(cè)量的物理量有

（用字母表示并說(shuō)明含義）.用測(cè)得的量及加速度表示物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的阻力表達(dá)式為=__________。（當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹椋?．用如圖實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。m2從高處由靜止開(kāi)始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。下圖給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示。已知m1＝50g、m2＝150g，則（g取9.8m/s2，所有結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）。

（1）在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v5＝________m/s；

（2）在打點(diǎn)0～5過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk＝________J，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量ΔEp＝_____J；

（3）若某同學(xué)作出圖象如圖，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=________m/s2。6．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔T＝0.02s打一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間＝9.80m/s2。

（1）在實(shí)驗(yàn)器材選擇上，除了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、鐵架臺(tái)、紙帶夾和重物外,還需要選擇下列哪些器材？_________（填字母代號(hào)）。

A．直流電源B．交流電源

C．彈簧秤

D．毫米刻度尺E．天平及砝碼

F．秒表

（2）先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放重物，打出的某條紙帶如上圖所示，O是紙帶靜止時(shí)打出的點(diǎn)，A、B、C是選取的3個(gè)連續(xù)計(jì)時(shí)點(diǎn)，測(cè)出它們到O點(diǎn)的距離，利用給出的數(shù)據(jù)求出打B點(diǎn)時(shí)重物的速度vB＝_______m/s。（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。

（