【新教材精创】8.5 实验：验证机械能守恒定律 导学案（2）-人教版高中物理必修第二册

第八章 机械能守恒定律 8.5 实验：验证机械能守恒定律 1.会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。 2.掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。 1．什么是机械能？ 2．机械能守恒的条件是什么？ 利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h及计算出的瞬时速度v，若物体在自由下落过程中机械能守恒，则应满足的关系式是： 【实验原理】 让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒：[来源:Zxxk.Com] 1．以物体下落的起始点O为基准，测出物体下落高度h时的速度大小v，若mv2＝_________成立，则可验证物体的机械能守恒。 2．测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，若关系式mv22－mv12＝_________成立，则物体的机械能守恒。 思考一：实验中为什么不必用天平测量重锤的质量？ 思考一：实验时不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了，能否用来验证机械能守恒定律？ 【实验器材】 铁架台(带铁夹)、__________________、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、__________________。 【实验步骤】 1．安装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。 2．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在________打点计时器的地方。先____________，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3次～5次实验。 3．选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为__________的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2 mm的第一个点作为起始点，记作O，在距离O点较远处再依次选出计数点1、2、3… 4．测距离：用刻度尺测出O点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3… 【数据处理】 1．计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3…再根据公式vn＝____________，计算出1、2、3、4、…n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4、…vn。 2．机械能守恒验证 方法一：利用起始点和第n点。 从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为mvn2，计算ghn和vn2，如果在实验误差允许的范围内ghn＝________，则机械能守恒定律得到验证。 方法二：任取两点A、B。 从A点到B点，重力势能减少量为mghA－mghB，动能增加量为mvB2－mvA2，计算ghAB和vB2－vA2，如果在实验误差允许的范围内ghAB＝___________，则机械能守恒定律得到验证。 方法三：图像法。 计算各计数点v2，以v2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，根据实验数据绘出v2­h图线，如图所示。若在误差许可的范围内图像是一条过__________且斜率为________的直线，则验证了机械能守恒定律。 1．在“验证机械能守恒定律”实验中， （1）下图是部分实验器材，需在图中选用的器材是_______ （2）实验中需要直接测量的物理量是____（填字母）． A．重力加速度 B．重物下落的高度 C．重物下落的瞬时速度 （3）某同学的实验结果显示重物的动能变化量略大于重力势能变化量，出现这一问题的原因可能是____（填字母） A．重物的质量测量错误 B．纸带的数据测量错误 C．交流电源的频率小于 D．重物下落时受到的阻力过大 2．(1) 某同学用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验，已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器，还必须选取的器材有________(填字母)． A．砝码 B．重锤 C．秒表 D．刻度尺 (2) 实验中打点计时器接周期为T的交流电源，该同学得到的一条理想纸带如图所示，O点对应重物做自由落体运动的初始位置，从合适位置开始选取的三个连续点A、B、C到O点的距离如图所示，已知重物的质量为m，重力加速度为g.则从打下O点到B点的过程中，重物减少的重力势能为___________，重物增加的动能为_____________． 3．某同学做“验证机械能守恒定律”实验如图所示，采用重物自由下落的方法： (1)实验中，下面哪些测量工具是必需的？______； A、天平 B、直流电源C、刻度尺D、秒表 (2)实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地的重力加速度g=9.80m/s2，所用重物的质量为，实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示，把第一点记作0，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6