第1章 第5节 第2课时 实验：验证机械能守恒定律（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理必修第二册【精讲精练】鲁科版

第2课时　实验：验证机械能守恒定律 [学业要求与核心素养] 科学探究 1．能提出实验中可能出现的物理问题。 2．能设计实验方案，获取数据。 3．能分析数据、验证机械能守恒定律。 4．能反思实验过程，尝试减小实验误差。 [物理量的测量] 只有重力或弹力做功的系统内，动能和势能相互转化时总的机械能保持不变，应满足mv－mv＝mgh1－mgh2因而需要测量物体的质量，物体所处位置的高度及运动速度这三个物理量。 [实验方案]　研究自由下落物体的机械能。 一、实验方法 1．实验器材：验证机械能守恒定律的装置如图所示，实验用到的器材有：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)。 2．测量重物下落过程中重力势能的变化：ΔEp＝mgh。 3．测量重物在某点的动能：纸带上第n个点的瞬时速度等于这个点前后相邻两点间的__平均速度__ vn＝　　(hn＋1、hn－1分别为第n＋1个点、第n－1个点到第一个点的距离)。 4．验证机械能守恒：实验中比较物体在某两点间的__动能__变化与__重力势能__变化，就能验证机械能守恒。 二、数据处理 方法一：利用起始点和第n点 如果在实验误差允许的范围内ghn＝v，则机械能守恒定律得到验证。 方法二：任取两点A、B 如果在实验误差允许的范围内ghAB＝v－v，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原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。 三、注意的问题 1．减少阻力的方法：重物下落的过程中，除了重力外还会受到空气阻力和摩擦阻力的影响。减小这些阻力的方法有：(1)应选用质量和__密度__较大的重物，以减小阻力的影响；(2)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格__竖直__，以减小摩擦阻力。 2．重物下落过程的开始和终结的位置的选择：选起始点和后边距离起始点适当远些的一个点分析机械能守恒方便。 题型一　对实验操作的考查 　在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0,1,2,3,4，…，n。则： (1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为________、______________、__________，必须计算出的物理量为______________、______________，验证的表达式为______________。 (2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是__________(填写步骤前面的字母)。 A．将打点计时器竖直安装在铁架台上 B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落 C．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验 D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带 E．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1，h2，h3，…，hn计算出对应的瞬时速度v1，v2，v3，vn F．分别算出mv和mghn，在实验误差范围内看是否相等 [解析]　(1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒，应测出第2点到第6点的距离h26，要计算第2点和第6点的速度v2和v6，必须测出第1点到第3点之间的距离h13和第5点到第7点之间的距离h57，机械能守恒的表达式为mgh26＝mv－mv。 (2)实验操作顺序为ADBCEF。 [答案]　(1)第2点到第6点之间的距离h26　第1点到第3点之间的距离h13　第5点到第7点之间的距离h57　第2点的瞬时速度v2　第6点的瞬时速度v6 mgh26＝mv－mv (2)ADBCEF 题型二　实验数据分析与处理 　用如图甲所示实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两个计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示。已知m1＝50 g、m2＝150 g，则(g取10 m/s2，结果保留两位有效数字) (1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝__________ m/s； (2)在打点0～5过程中系统动能的增加量ΔEk＝___________ J，系统势能的减少量ΔEp＝___________ J，由此得出的结论是_________________________________； (3)若某同学做出的v2­h图像如图丙所示，则当地的实际重力加速度g＝________ m/s2。 [解析]　(1)v5＝ m/s＝2.4 m/s。 (2)动能的增加量ΔEk＝