第八章 第5节 实验：验证机械能守恒定律(Word教参)-【状元桥·优质课堂】2021-2022学年新教材高中物理必修第二册（人教版）

第5节　实验：验证机械能守恒定律 1.明确实验目的，理解实验原理和实验设计思路. 物理观念 2.掌握验证机械能守恒定律的实验设计与实验创新. 科学探究 3.通过误差分析，掌握减小实验误差的方法. 科学探究 知识点一　实验思路 1．实验目的 (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． 2．实验原理 做自由落体运动的物体，在下落过程中，重力势能减少，动能增加，如果重力势能的减少量等于动能的增加量，就验证了机械能守恒定律． 3．实验器材 铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重物(带夹子)、__纸带__、复写纸、导线、__毫米刻度尺__、低压交流电源(4～6 V)． 4．实验步骤 (1)安装装置：按图甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好． (2)打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近．先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落．重复几次，得到3～5条打好点的纸带． (3)选纸带：从打好点的纸带中挑选点迹清晰且开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，在起始点标上0，以后任取间隔相同时间的点依次标上1、2、3…，如图乙所示． (4)测距离：用刻度尺测出0到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3…. 知识点二　数据处理 1．计算各点对应的瞬时速度：根据公式vn＝，计算出1、2、3…n点的瞬时速度v1、v2、v3…vn. 2．机械能守恒定律的验证 方法一：利用起始点和第n点． 如果在实验误差允许范围内ghn＝，则机械能守恒定律得到验证． v 方法二：任取两点A、B. 如果在实验误差允许范围内ghAB＝，则机械能守恒定律得到验证． v－v 方法三：图像法(如图所示)． 若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律． 3．误差分析 本实验的误差主要是由纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动过程中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差，减小偶然误差的方法是多测几次取平均值． 4．实验注意事项 (1)打点计时器安装要稳固，并使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力． (2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力的影响相对减小． (3)实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落． (4)本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m. (5)速度不能用v＝gt或v＝计算瞬时速度． 计算，应根据纸带上测得的数据，利用vn＝ 考点一　实验原理与操作 【例题1】 “验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用图示的甲或乙方案来进行． (1)比较这两种方案，________(选填“甲”或“乙”)方案好些． (2)在“验证机械能守恒定律”的实验中，直接测量的物理量是________. A．重力加速度 B．重物下落的高度 C．重物下落的瞬时速度 D．重物下落的平均速度 (3)在进行“验证机械能守恒定律”的实验时，应________. A．先释放纸带，再接通电源 B．用手托住重物由静止释放 C．根据v＝gt计算重物在t时刻的速度 D．使重物下落的起始位置靠近打点计时器 解析 (1)甲方案摩擦阻力小，误差小，而且方便操作，所用实验器材少，所以甲方案好些． (2)验证机械能守恒定律的实验，重力势能减少量等于动能的增加量，所以重力加速度是已知的，无须测量，选项A错误；实验要计算重力势能的减少量，所以需要测量物体下落的高度，选项B正确；本实验下落的瞬时速度是根据纸带处理得到，无法直接测量，而平均速度本实验用不到，选项C、D错误． (3)根据实验操作，接通电源打点稳定后，再释放纸带，选项A错误；释放时，纸带应竖直，减少与限位孔的摩擦，所以释放时，应按题图中所示，选项B错误；因为要验证机械能守恒，所以速度需根据实际的纸带计算，而不能用自由落体公式计算，因为自由落体运动只受重力，机械能一定守恒，选项C错误；释放纸带前，重物应靠近打点计时器，这样可以充分利用纸带，选项D正确． 答案 (1)甲　(2)B　(3)D 【变式1】 在“验证机械能守恒定律”的实验中： (1)下列物理量中需要用工具直接测量的有(　　) A．重物的质量 B．重力加速度 C．重物下落的高度 D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度 (2)实验中，如果以－h图线的斜率等于____________的数值． －h图线应是______________，才能合乎实验验证的要求，为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的 解析 (1)在“验证机械能守恒定律”的实验中，只需要用刻度尺测量重物下落的高度，重物的