8.5实验：验证机械能守恒定律 导学案-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

邹平一中2023级高一物理必修二学案 8.5 实验：验证机械能守恒定律 学习目标： 1.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。 2.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、实验原理 做自由落体运动的物体，在下落过程中，重力势能减少，动能增加，如果重力势能的减少量等于动能的增加量，就验证了机械能守恒定律。 二、实验器材 铁架台（带铁夹）、电磁打点计时器、重物（带夹子）、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源（约8V ）。 三、实验步骤 1.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。 2.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。 3.选纸带：从打好点的纸带中挑选点迹清晰且开始时两点间距接近2mm的一条纸带，在起始点标上0，以后任取间隔相同时间的点依次标上1 、2、3...如图乙所示。 4.测距离：用刻度尺测出0 到1、2、3... 的距离，即对应下落的高度h1、h2、h3...。 四、数据处理 1.计算各点对应的瞬时速度：根据公式，计算出1、2、3...点对应的瞬时速度v1 v2、v3。 2.机械能守恒定律的验证 方法一：利用起始点和第n点。 如果在实验误差允许范围内 ，则机械能守恒定律得到验证。 方法二：任取两点A、B。 如果在实验误差允许范围内 ，则机械能守恒定律得到验证。 方法三：图像法（如图所示）。 若在实验误差允许范围内 图线是一条过原点且斜率为 的直线，则验证了机械能守恒定律。 五、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过程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。 六、实验注意事项 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 。 5.速度不能用 或 计算，应根据纸带上测得的数据，利用 计算瞬时速度。 例 1： 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 及对应的瞬时速度 ，计算出重物减小的重力势能 和增加的动能 ，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回答下列问题： （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 来求解瞬时速度 （2）如图乙是该实验小组打出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、F 作为计数点，并测出各计数点到O点的距离依次为27.94CM 、32.78CM 、38.02cm、43.65cm 、49.66cm、56.07cm。已知打点计时器所用的电源是50Hz 的交流电，重物的质量为0.5kg ，则从计时器打下点o 到打下点d的过程中，重物减小的重力势能∆EP J ,重物增加的动能∆EK J ，两者不完全相等的原因可能是 。（重力加速度g 取9.8m/s2 ，计算结果保留三位有效数字） （3）实验小组的同学又正确计算出图乙中打下计数点A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度v ，以各计数点到A点的距离h为横轴、v2 为纵轴作出图像，如图丙所示，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的物体机械能守恒的依据是 。 针对练习1：.现利用如图所示装置“验证机械能守恒定律”。图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的计时器都没有画出。让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1 、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为 、 。已知滑块质量为 ，滑块沿斜面方向的长度为 ，光电门 和 之间的距离为 ， 取 ，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度。（结果均保留三位有效数字） （1）滑块通过光电门1时的速度 ，通