第4章 6 实验：验证机械能守恒定律（课件）-【优化探究】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册同步导学案（教科版2019）

6　实验：验证机械能守恒定律 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 实验必备 自主探究 实验研析 创新学习 课堂检测 素养达标 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 一、实验目的 验证只有重力做功时，系统的机械能守恒。 二、实验器材 铁架台(带铁夹)、电火花打点计时器、重物(带夹纸带的夹子)、纸带、导线、毫米刻度尺、交流电源。 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 三、实验原理与设计 1．实验的基本思想——验证性实验 让重物自由下落，忽略阻力情况下重物的机械能守恒，有两种方案验证重物的机械能守恒： 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 2．实验设计——两个物理量的测量方法 (1)高度h的测量 用刻度尺测量重物下落过程的高度h。 (2)速度v的测量 利用匀变速直线运动中某段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度来求某点的瞬时速度。 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 四、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。 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 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。 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 3．选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为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，即对应下落的高度h1、h2、h3、… 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 六、误差分析 1．在进行长度测量时，测量及读数不准造成偶然误差。 2．系统误差的主要来源是重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。 3．由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生系统误差。 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 实验原理和操作 　 用图甲装置验证机械能守恒定律，打点计时器固定在铁架台上，重物带动纸带从静止开始自由下落，当地重力加速度为g。 (1)对于该实验，下列操作正确的是______。 A．实验时应选用密度小、体积大、下端有橡胶垫的重锤 B．用手托稳重物，先接通电源后再释放重物 C．本实验需要测出重物的质量 D．选用电火花打点计时器而不用电磁打点计时器更有利于减少实验误差 D 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 [解析]　(1)实验时应选用密度大、体积小，并且下端有橡胶垫的重锤，可以减小空气阻力的影响，故A错误；手拉着纸带上端处于竖直面，先接通电源后再释放纸带，不是用手托稳重物，故B错误；验证机械能守恒定律实验中，等式两边均有质量，因此实验不需要测出重物的质量，故C错误；从两打点计时器的工作原理来分析，电火花计时器受到阻力相对较小，因此用电火花打点计时器而不用电磁打点计时器更有利于减小实验误差，故D正确。 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 (2)某小组利用上述装置获得一条纸带，在纸带上选取多 个计数点，测量它们到起始点O的距离为h，计算打下对 应计数点时重物的速度为v，描绘的v2-h图像如乙中图线 a所示，斜率接近_____(用相关物理量符号表示)即可认为 在误差允许范围内机械能守恒。若另一组同学得到的图线为b，斜率明显偏小的原因可能是____________________________________________ ___________________________________(写出一条即可)。 2g 下落过程中重物受到空气阻力、纸带与电火花打点计时器存在阻力等(任答一条即可) 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 教科物理 必修 第二册 返回导航 下页 上页 数据处理与误差分析 利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”的实验，已知该打点计时器的打点周期为T。 教科物理 必修 第二册 返回导航