【新教材精创】8.5 实验：验证机械能守恒定律 导学案（1）-人教版高中物理必修第二册

第八章　机械能守恒定律 第5节 实验：验证机械能守恒定律 1．理解实验的设计思路，明确实验中需要测量的物理量。 2．知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法。 3．能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析中得出实验结论。 4．能定性地分析产生实验误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差。 1、重点：验证机械能守恒定律的实验原理 2、难点：验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。 一、自主学习 1．必须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，本实验选择自由落体运动模型来验证机械能守恒定律，是因为物体在自由落体运动过程中只____做功，满足____________。 2．按照书本要求，本实验是验证自由落体轨迹上开始点和其后任意点的机械能守恒，为此必须选择物体初速度为_______，判断开始点是否满足要求的依据是_____________，为了计算物体减少的重力势能，必须测量出物体__________________，对应的测量器材是___________。为了计算出某点时刻物体的动能，必须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，但本实验中可以不测物体的质量，其原因是_______。 3．实验操作过程中，是先接通电源开始打点还是先放开纸带？为什么？_______。 4．为了减小实验误差，应尽量减小重物下落时纸带所受的阻力。因此物体应选______（填重、轻），纸带应_______放置。尽管采取了上述措施，但由于阻力还是存在的，所以实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。 二、合作学习 例题：在《验证机械能守恒定律》的实验中，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，实验中得到一点迹清晰的纸带（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，根据以上的数据，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=1.00×9.8×0.7776J=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根据机械能守恒得到△Ek=0.762J，这样做犯了逻辑错误，因为实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。且实验中不可避免存在阻力，动能增加量不等于重力势能的减小量。 m] 1.在“验证机械能守恒定律”的一次实验中，质量m=1 kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点（下图纸带上的所有点均为计时点，相邻计时点时间间隔为0.02 s），那么： （1）实验中下列物理量中需要直接测量的量有____，通过计算可得到的量有___（填字母序号）； A．重锤质量 B．重力加速度 C．重锤下落的高度 D．与下落高度相应的重锤的瞬时速度 （2）纸带的___ （填“P”或“C”，用字母表示）端与重物相连； （3）打点计时器打下计时点B时，物体的速度vB=___m/s（保留到小数点后两位）； （4）从起点P到打下计时点B的过程中物体的重力势能减少量∆Ep=___J，此过程中物体动能的增加量∆Ek=__J；（g取9.8 m/s2保留到小数点后两位） （5）通过计算表明数值上ΔEp__ ΔEk（填“大于”“小于”或“等于”），这是因为____，实验的结论是：____________． 2.“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示．下列做法正确的是 A. 选用较小密度材料制成的重锤 B. 先释放纸带，再接通电源 C. 将纸带沿竖直方向穿过限位孔 D 选用直流电源给打点计时器供电 3.在做“验证机械能守恒定律”实验时，下列实验操作中正确合理的一项是 A. 先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源 B. 必须用秒表测出重锤下落的时间 C. 先取下固定在重物上的打好点的纸带，再切断打点计时器的电源 D. 选取重物时，其质量适当大点，可以减小因阻力而产生的误差 4.在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带