2020年高中物理学案(新人教必修二)7.9《实验：验证机械能守恒定律》7.docx

第9节 试验验证机械能守恒定律

【学习目标】
1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度．
2．把握验证机械能守恒定律的试验原理．
3．通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证的过程和物理学的争辩方法。
4．通过试验验证，体会学习的欢快，激发学习的爱好；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。培育观看和实践力量，培育实事求是的科学态度。
【重点】把握验证机械能守恒定律的试验原理。
【难点】验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小试验误差的方法。
【学问回顾】机械能守恒定律的条件及其表达式
【自主导学】
 1、必需选择一个符合机械能守恒的运动模型来验证机械能守恒定律，本试验选择自由落体运动模型来验证机械能守恒定律，是由于物体在自由落体运动过程中只有____做功，满足____________。
2、依据书本要求，本试验是验证自由落体轨迹上开头点和其后任意点之间的机械能守恒，为此必需选择物体初速度为_______,推断开头点是否满足要求的依据是_____________,为了计算物体削减的重力势能，必需测量出物体__________________，对应的测量器材是___________。为了计算出某时刻物体的动能，必需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，但本试验中可以不测物体的质量，其缘由是_______ 。
3、试验操作过程中，是先接通电源开头打点还是先放开纸带？为什么？ _______ 。
4、为了减小试验误差，应尽量减小重物下落时纸带所受的阻力。因此重锤应选______（填重、轻），纸带应_______放置。尽管实行了上述措施，但由于阻力还是存在的，所以试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。
5、在架设打点计时器时应留意什么？为什么？
6、测量下落高度时，某同学认为都必需从起始点算起，不能弄错。他的看法正确吗？为了减小测量 h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好，还是近些好？
7、推导出机械能守恒定律在本试验中的具体表达式。

【例题解析】
 例题：在《验证机械能守恒定律》的试验中，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，试验中得到一点迹清楚的纸带（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,77.76cm,85.73cm,依据以上的数据，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）

【夯实基础】
1、在本试验中，对自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利？（ ）
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，又要体积格外小
D、应当密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带伴同运动时不致扭曲
2、在本试验中，有如下器材：A.打点计时器；B.低压沟通电源（附导线）；C.天平（附砝码）；D.铁架台（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________________。

3、下列列出一些试验步骤：
A、用天平称出重物和夹子的质量
B、将重物系在夹子上
C、将纸带穿过计时器限位孔，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、把打点计时器接在同学电源的沟通输出端，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，使两个限位孔在同始终线上。
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试验
K、在三条纸带中选出较好的一条
L、进行计算，得出结论，完成试验报告
M、拆下导线，整理器材
对于本试验以上步骤中，不必要的有_________；正确步骤的合理挨次是：________（填写代表字母）
【知能提升】
1.在做“验证机械能守恒定律”的试验时，用打点计时器打出纸带如图3所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2……为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。依据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此试验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为____ _____。在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为___ _____。要验证机械能守恒定律，为减小试验误差，应选择打下第_________号和第__________号计数点之间的过程为争辩对象。

2、在验证机械能守恒定律的试验中，若以v2/2为纵轴，以h为横轴，依据试验数据绘出v2/2—h图线___________,才能验证机械能守恒定律；v2/2—h图线的斜率等于_________的数值。

3、在本试验中，由于在运动的初始阶段计时器打出的一些点子模糊不清，故必需选择比较清楚的点作为测量起点。今所选的测量范围的第1点在米尺上的位置为x1,第4点在米尺上的位置为x2，第7点在米尺上的位置为x3，第10点在米尺上的位置为x4，。若下落的物体质量为m，打点计时器每隔Ts打一点，则可利用上述数据求出物体从第4点到第7点一段过程中，势能的削减量是___________，动能增加量是______________。

参考答案：
5、打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量削减重物带着纸带下落时所受到的阻力作用。
例题解析 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)/(2×0.02)=3.898(m/s)
故ΔEk=mvc2/2=1.00×3.8982/2J=7.56J
拓展 有些认为动能增加量可以依据机械能守恒得到△Ek=0.762J，这样做犯了规律错误，由于试验目的就是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。且试验中不行避开存在阻力，动能增加量不等于重力势能的减小量。

【夯实基础】
1.D 2. C，G；刻度尺，电键 3. A，G；EDBCHIJMKFL
【知能提升】
1.（s6+ s5+ s4- s3- s2 –s1）/9T 2， （s5+ s6）/2T，1、5.
2. 过原点的一条直线；重力加速度
3.