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》2.docx

九、试验：验证机械能守恒定律

【要点导学】

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____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___________。为了计算出某点时刻物体的动能，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。

【范例精析】

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）

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。

【力量训练】
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？（D ）
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________________。
C，G；刻度尺，电键
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，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）
A，G；EDBCHIJMKFL
4、本试验中，设在选定的纸带上依次把点子记为1，2，3，……等计数点，如图，纸带上所打点，记录了物体在不同时刻的_________，当打点计时器打点“4”时，物体动能的表达式应当是__________；若以计数点1为参考点，当打第4点时物体的机械能的表达式为______________（打点计时器的打点周期为T）。

5、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。
过原点的一条直线；重力加速度
6、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______________。
d6－d1；d2/2T；（d7－d5）/2T；vG2－vB2=2gh