(教用word)第1章　第5节　第2课时　验证机械能守恒定律-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册(鲁科版2019)

第2课时　验证机械能守恒定律 学业要求＋核心素养 1．能够利用重物的自由下落验证机械能守恒定律。(科学探究) 2．明确实验原理，掌握实验的操作方法与技巧，学会实验数据的采集与处理，能够进行实验误差的分析。(科学探究) 3．明确纸带选取及测量瞬时速度简单而准确的方法。(科学探究) 【思考交流】 1．打点计时器安装有什么要求？ 提示：打点计时器的两限位孔在同一条竖直线上。 2．重物释放位置有什么要求？ 提示：重物应由靠近打点计时器处释放。 3．怎样求解重物的瞬时速度？ 提示：利用一段时间的平均速度表示该段时间中点的瞬时速度求解。 【预习探究】 重物自由下落，在忽略阻力的情况下重物的机械能守恒。测出重物下落的高度和瞬时速度，求出重力势能的减少量和动能的增加量，比较两者关系是否相等，从而验证重物下落过程机械能是否守恒。 【实验提醒】 1．重物质量不需要测量，重物应该选择体积小、质量大、密度大的物体。 2．计时器要固定在铁架台上，计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，铁架台放在桌边，计时器距地面的距离大约是1 m。 3．通过重物下落的高度和时间，利用vn＝计算重物的瞬时速度，其中h1，h2，h3，…，hn为各计数点1，2，3，…，n点到O点的距离，而不能用 v＝gt来求瞬时速度。 4．若关系式mv2＝mgh成立，可以验证重物下落过程机械能守恒，mv－mv＝mgΔh成立，也可以验证重物下落过程机械能守恒。但第一种情况必须保证下落时起点速度为零。 【实验器材】 铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、低压交流电源(4～6 V)、重物、毫米刻度尺、纸带(带夹子)、复写纸片、导线。 【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靠近打点计时器的地方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3～5 次实验。 3．选纸带：选取点迹较为清晰且1、2两点间的距离约为2 mm 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，记为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，…。 【注意事项】 1．应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有： (1)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)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，使空气阻力减小。 2．纸带选取 (1)以第一个点为起点时，要验证的是mv＝mghn，必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距为h＝gt2＝×9.8×(0.02)2 m＝1.96 mm≈2 mm。 (2)以下落中某点为起点时，要验证的是mv－mv＝mghmn，这时选择纸带不需要满足两点间距为2 mm。 3．计算速度时不能用v＝gt或v＝，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒定律的错误。 1．(多选)如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带。有关尺寸在图中已注明。我们选中n点来验证机械能守恒定律。下面一些计算n点速度的方法，其中正确的是(　　) A．n点是第n个点，则vn＝gnT B．n点是第n个点，则vn＝g(n－1)T C．vn＝ D．vn＝ CD　vn应表示从(n－1)到(n＋1)间的平均速度。C、D对，A、B错。 2．用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6 V的交流电和直流电两种。重物从高处由静止开始下落，重物拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即能验证机械能守恒定律。下面列举了该实验的几个操作步骤： A．按照图示的装置安装器材 B．将打点计时器接到电源的直流输出上 C．用天平测量出重物的质量 D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带 E．测量打出的纸带上某些点之间的距离 F．根据测量的结果计算分析重物下落过程中减小的重力势能是否等于增大的动能 指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的横线上，并说明其原因：_____________。 解析：步骤B是错误的，应该接到电源的交流输出端；步骤D是错误的，应该先接通电源，待打点稳定后再释放纸带；步骤C不必要，因为根据实验原理，重物的动能和势能中都包含了质量m，可以约去。 答案：BCD　原因见解析 3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，图甲是打点计时器打出的一条纸带，选取其中连续的计时点标为A、B、C、D、E、F、G、H、I，对BH段进行