8.5 实验：验证机械能守恒定律 导学案 -2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

高一物理必修二8.5《实验：验证机械能守恒定律》导学案 学习目标： 1. 掌握利用打点计时器验证机械能守恒定律的方法． 2. 理解验证机械能守恒定律的数据处理与误差分析． 学习过程： 活动：利用打点计时器验证自由下落物体的机械能守恒 1. 实验原理 做自由落体运动的物体，在下落过程中，重力势能 ，动能 ，如果重力势能的减少量________动能的增加量，就验证了机械能守恒定律． 2. 实验器材 铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重物(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源． 3. 实验步骤 (1)安装置：如图所示，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． 其中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，可采取的措施有： ①安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格________(选填“竖直”“水平”或“倾斜”)，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)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．实验中，提在纸带上端的手要保持不动，且保证纸带________(选填“竖直”“水平”或“倾斜”)，使重物静止在靠近打点计时器的地方．先________(选填“接通电源”或“松开纸带”)，后________(选填“接通电源”或“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：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，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…. 思考：什么情况下纸带开始的两点间距才接近2 mm? (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…. 4. 数据处理 (1)选纸带 ①以第一个点为起点时，要验证的是 mv＝mghn，必须保证纸带上开始的两点间距接近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开始的两点间距为2 mm. (2)测距离 测量下落高度时，为减小实验误差，后边的点应距起点O较远，在测量各点到O点的距离时，应当用刻度尺从 O 点量起，一次性读出各点到 O 点的距离． (3)记数据 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. 思考：计算速度时能不能用v＝gt或v＝？为什么？ ②请将相关数据填入下表． 计数点n 1 2 3 4 5 6 h/10－2 m x/10－2 m v＝ ΔEk＝mv2 ΔEp＝mgh ①机械能守恒验证一般有哪些方法？ ②你的实验结论是_____________________________________________． (5)找误差 根据实验数据，分析实验误差的来源，属于偶然误差还是系统误差？并提出减小实验误差的建议． 例题：利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”的实验． (1)除打点计时器(含纸带、复写纸)、重物、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有________(选填器材前的字母). A. 天平 　　　　B. 刻度尺　　 C. 游标卡尺 D. 直流电源　　 E. 交流电源　　 　F. 秒表 (2)图乙是实验中得到的一条纸带．在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC.重物质量用m表示，已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的频率为f.从打下O点到打下B点的过程中，重物重力势能的减少量|ΔEp|＝________，动能的增加量ΔEk＝________． (3)在实验过程中，下列做法正确的有________． A. 做实验时，先接通打点计时器的电源，再释放重物 B. 为测量打点计时器打下某点时重物的速度v，可测量该点到O点的距离h，再根据公式计算，其中g应取当地的重力加速度 C. 用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v D. 用刻度尺测量某点到O点的距离h，利用公式mgh计算重力势能的减少量，其中g应取当地的重力加速度 (4)某同学操作