1.5科学验证：机械能守恒定律（第二课时）学案

1.5科学验证：机械能守恒定律（第二课时）
【学习目标】
1、进一步熟练纸带的数据处理方法（求瞬时速度）
2、学会探究自由落体运动中的机械能守恒
3、能进行简单的实验误差分析
重点：纸带分析方法，实验步骤及误差分析
难点：数据计算与误差分析
【导入学习】
回顾所学知识，回答以下问题：
☆ 1、机械能守恒定律的条件是什么？
☆ 2、机械能守恒的表达式是什么？
☆ 3、物体自由下落,能量如何变化？
【自主学习】
☆☆ 根据所给的实验目的，实验器材和提示，完成实验设计
实验目的：验证自由落体运动中的机械能守恒定律
实验原理：选取自由下落物体打下纸带上的某两点作为初末状态，
为了验证: =
要测量 ，及 ，
从而验证自由落体运动中机械能守恒。
实验器材：
实验步骤：
⑴ 安装装置：如图所示，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器
⑵ 用手握着纸带，让重物静止在 ，然后先 ，
后 ，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点。重复以上步骤，多打几条纸带
⑶ 从几条打下点的纸带中挑选第一、二点间距离接近2mm且点迹清楚的纸带进行测量。
纸带如图第一、二点间距离接近2mm的原因：
数据处理：
若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示（相邻计数点时间间隔为0.02 s），那么：
⑴ 纸带的　　 　　端与重物相连；
⑵ 打点计时器打下计数点B时，物体的速度vB=　 ；
⑶ 若重物的质量为m ，从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是ΔEp= ，
此过程中物体动能的增加量ΔEk= （取g=9.8 m/s2）；
⑷ 通过计算，数值上ΔEp ΔEk（填 ＞ = 或 ＜ ）这是因为　　 　　；
⑸ 实验的结论是　 　 　　 .
实验的注意事项：
1、重物下落过程中，摩擦阻力和空气阻力会影响实验效果：
① 重物应该选择小而重的（即密度比较大的），以减小空气阻力对实验的影响。
② 打点计时器安装时要竖直，必须使纸带两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。
2、最好选择第1个点作为开始，离起点较远的点作为终了位置。
3、为了保证打第一个点时重物下落的速度刚好为0：
① 实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，让打点计时器工作正常后才松开纸带让重锤下落，以保证第一个点是一个清晰的点。
② 选用纸带时应尽量挑选第一、二点间接近2mm的纸带
4、释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便打出较多的点。通常每个点都作为计数点，间隔0.02s
5、实验中无需用天平测量质量，数据处理时，质量可用m代替
例1.如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为：
带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。
回答下列问题：
（1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有
（填入正确选项前的字母）
A．刻度尺 B．秒表
C．0～12V的直流电源 D．0～12V的交流电源
（2）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；
C．用天平测出重锤的质量；
D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
E．测量纸带上某些点间的距离；
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
其中没有必要进行的或者操作不当的步骤是
（3）若当地重力加速度g=9.8m/s2。实验选用重锤质量为0.1kg，从所打纸带中选择一条合适的纸
带，此纸带第1、2点间的距离接近 。纸带上连续的点A、B、C、D至第1个点O的距
离如图所示，则重锤从O运动到C，重力势能减少 J（保留小数点后两位）。
重锤经过C时的速度为 m/s。其动能增加 J（保留小数点后两位）。
（4）实验中误差产生的原因是
（5）实验结论是 。
(
单位：
cm
)
【知识建构】
【课堂练习】
1．为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器以及复写
纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、电键，其中不必要的器材是　 　 　　，
缺少的器材是　 　　　.
2．在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的
值为9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.00 kg.甲、乙、丙三学生分别用同一装置打出三条纸带，
量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18cm、0.19cm和0.25cm.可见其中肯定有一位学生
在操作上有错误，操作错误的是_____同学。
3．某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2。
① 打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB= m/s，重锤的动能EkB= 。
② 从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为 。
③ 根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结
论是 。
④ 如果某同学不慎将纸带OA之间撕断，该同学用A以后的点仍能验证机械能守恒，则该同学应取
哪两个点作为初、末状态？___________________
4．用打点计时器和重物在自由下落的情况下验证机械能守恒定律的实验中，依次打出的点为0、1、2、3、4，已知打点计时器打点间隔为T=0.02s，重力加速度为g，则
（1）在图中两条纸带中应选取的纸带是________，原因是_____________________________。
（2）如从起点0到第3点之间来验证，必须测量出的两个物理量为________________________、
_______________________________（填写物理量及字母），需要验证的表达式为：
________________________________（一律用已知量或直接测量量的字母表示）。
(
(
a
)
(
b
) (
a
)
(
a
)
（
b
）
)
参考答案：例1 （1）A （2）BCD （3）2mm 0.55 3.3 0.54 （4）存在阻力做功
（5）在误差允许范围内，机械能守恒
课堂练习：1 低压直流电源、天平、秒表 ；抵押交流电源、 刻度尺、 重锤（带夹子）
2甲
3.（1）1.175 0.690m （2）0.691m （3） 机械能守恒 （4） B点 C点
4.（1）a 1.2两点间距离约2mm，说明它所受阻力可忽略，可看作只受重力
（2）0到3 的距离H 和2到4的距离h
2021-2022学年高一物理学案 （鲁科版2019必修二） 班级： 姓名： 学号
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