第1章 第5节第2课时 验证机械能守恒定律-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019）

第2课时　验证机械能守恒定律 【素养目标】 科学探究 能制订验证机械能守恒定律的实验方案，确定需要测量的物理量，学会正确使用实验器材获取数据，对数据进行分析后得出结论，与同学讨论并分析误差及产生的原因，并能用物理语言准确描述实验结论。 科学态度与责任 通过实验验证，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。 一、实验目的 1．验证机械能守恒定律。 2．进一步熟悉打点计时器的使用。 二、实验器材 铁架台、打点计时器、重物、纸带、刻度尺、交流电源、天平、砝码。 三、实验原理与设计 让带有纸带的重物自由下落，利用打点计时器记录重物下落过程中的运动情况。选取纸带上的某点作为高度的起点，量出纸带上其他点相对该点的距离作为高度。用天平称出重物的质量，算出重物经过这些点的重力势能。再计算重物经过这些点的瞬时速度，算出动能。最后，通过比较重物经过这些点的机械能，得出实验结论。 四、实验步骤 1．测质量：使用天平称出重物质量。 2．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。 学生用书第27页 3．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。 4．选纸带：如图乙所示，取下纸带并选其中一个点作为参考点，设打该点时重物的重力势能为0，计算打该点时重物的动能，它就是重物下落过程中动能与重力势能的总和。 5．求机械能：分别计算纸带上其他各点对应的重物的动能和重力势能之和。 五、数据分析 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．将测量的数据记入你设计的表格中，并分析数据，形成结论。 六、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。 七、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，应根据纸带上测得的数据，利用vn＝计算瞬时速度。 类型一　教材原型实验 一、实验原理与操作 如图为验证“机械能守恒定律”的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题： (1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有________。(填入正确选项前的字母) A．毫米刻度尺 B．秒表 C．0～12 V的直流电源 D．约8 V的交流电源 (2)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．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带，再更换纸带重复多次 D．测量纸带上某些点间的距离 E．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 其中操作错误的步骤是________________。 (3)实验中误差产生的原因有___________________________________。(写出两个原因) 解析：　(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要毫米刻度尺、约8 V的交流电源。 (2)其中操作错误的步骤是将打点计时器接到电源的“直流输出”上，打点计时器需要交流电源。 (3)纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用毫米刻度尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算重力势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定等。 答案：　(1)AD　(2)B　(3)纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用毫米刻度尺测量纸带上点的位置时读数有误差；交流电源频率不稳定 学生用书第28页 二、数据处理与分析 某实验小组用落体法“验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示。实验中测出重物自由下落的高度h及对应的瞬时速度v，计算出重物减少的重力势能mgh和增加的动能mv2，然后进行比较，如果两者相等或近似相等，即可验证重物自由下落过程中机械能守恒。请根据实验原理和步骤完成下列问题： (1)关于上述实验，下列说法中正确的是________。 A．重物最好选择密度较小的木块 B．重物的质量可以不测量 C．实验中应先接通电源，后释放纸带 D．可以利用公式v＝来求解瞬时速度 (2)如图乙是该实验小组得到的一条点迹清晰的纸带，纸带上的O点是起始点，选取纸带上连续的点A、B、C、D、E