8.10 实验：验证机械能守恒定律（创新） 【帮课堂】2023-2024学年高一物理 同步学与练（ 人教版2019必修第二册）

8.10 实验：验证机械能守恒定律（创新） ( 学习目标 ) 课程标准 学习目标 通过实验，验证机械能守恒定律。 1、理解验证机械能守恒定律的原理。会设计实验方案，确定需要测量的物理量，采用正确的方法测量相关的物理量。 2、能够控制实验条件，正确进行实验操作，获取物体下落速度大小等数据，会分析动能增加量小于重力势能减少量的原因，并采取相应措施，以减小实验误差。 3、树立实事求是的科学态度，培养认真严谨的科学精神。 ( 0 2 预习导学 ) （1） 课前研读课本，梳理基础知识： 1、 测量方法的创新 从测量纸带上各点速度→ 2、 的创新 从单个物体创新为两个物体组成的系统，验证系统在某一过程机械能守恒． 3、 的创新 由机械能守恒定律测量弹簧的弹性势能，测重力加速度． （二）即时练习： 【小试牛刀1】为了验证小球在竖直平面内摆动过程的机械能是否守恒，利用如图(a)装置，不可伸长的轻绳一端系住一小球，另一端连接力传感器，小球质量为m，球心到悬挂点的距离为L，小球释放的位置到最低点的高度差为h，实验记录轻绳拉力大小随时间的变化如图(b)，其中Fm是实验中测得的最大拉力值，重力加速度为g，请回答以下问题： (1)小球第一次运动至最低点的过程，重力势能的减少量ΔEp＝________，动能的增加量ΔEk＝________。(均用题中所给字母表示) (2)观察图(b)中拉力峰值随时间变化规律，试分析造成这一结果的主要原因：________________________________________。 (3)为减小实验误差，实验时应选用密度________(选填“较大”或“较小”)的小球。 【小试牛刀2】“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用下图所示的甲或乙方案来进行． (1)比较这两种方案，________(填“甲”或“乙”)方案好些． (2)该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带．请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方： ①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________. (3)该实验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距离如图丁所示．已知相邻两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s．则物体运动的加速度a＝________；该纸带是采用________(填“甲”或“乙”)实验方案得到的。 【小试牛刀3】如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球由A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H(H≫d)，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g。则： (1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d＝______cm。 (2)多次改变高度H，重复上述实验，作出随H的变化图像如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式：________________时，可判断小球下落过程中机械能守恒。 (3)实验中发现动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能减少量ΔEp，增加下落高度后，则ΔEp－ΔEk将________(选填“增大”“减小”或“不变”)。 ( 0 3 题型精讲 ) 【题型一】器材创新 【典型例题1】某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示．在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连．滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象． (1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt1________Δt2(选填“>”、“＝”或“<”)时，说明气垫已经水平．用螺旋测微器测量遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d＝________ mm. (2)将滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放．若Δt1、Δt2和d已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出________和________(写出物理量的名称及符号)． (3)若上述物理量间满足关系式______________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒． 【典型例题2】某同学利用竖