2019-2020年高中物理 第七章 機械能守恒定律 9實驗驗證機械能守恒定律學案 新人教版必修2 (I)

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?2019-2020年高中物理 第七章 機械能守恒定律 9實驗驗證機械能守恒定律學案 新人教版必修2 (I)學習目標1.理解實驗的思路,明確測量的物理量.2.能正確地進行實驗操作.3.會根據紙帶測定下落的距離,掌握瞬時速度測量的方法.4.能根據實驗數據得出實驗結論.自主探究1.本實驗的實驗目的是通過研究物體    下落過程中,    能和    能的變化來驗證      . 2.實驗原理:做自由落體運動的物體,設質量為m,下落高度為h時的速度為v,則減少的重力勢能為    ,增加的動能為    .若兩個量在誤差允許的范圍內相等,就驗證了機械能守恒定律. 3.速度的測量:做勻變速運動的紙帶上某點的瞬時速度等于        . 4.本實驗中,用到的實驗器材主要有打點計時器及學生電源、    、    、重物、    、帶鐵夾的鐵架臺、導線. 合作探究一、實驗介紹1.實驗目的:驗證機械能守恒定律.2.實驗原理:本實驗驗證自由落體運動情形下的機械能守恒.思考1:選擇重物時,選輕一點的好還是重一點的好?為什么?思考2:本實驗要不要測量垂物的質量?3.實驗器材:鐵架臺、打點計時器、學生電源、紙帶、復寫紙、重物(帶鐵夾)、毫米刻度尺等.二、實驗步驟1.按圖安裝實驗器材,電源接4~6V學生電源.接通電源前,用手提升紙帶至重物靠近打點計時器處.2.先接通電源,再松開紙帶,讓重物自由下落.關閉電源,取下紙帶備用.3.重復步驟2兩次,打出3條紙帶.4.取點跡清晰,且第一、二點間距離接近2mm的紙帶進行測量.先將第一點記為0點,然后在紙帶上任取5個連續的點(或間隔點數相同的點),如下圖所示.5.驗證0點到2點過程機械能守恒的方程為mgh2=m()2,其中t為1點到2點(或2點到3點)之間的時間間隔,如果在誤差允許的范圍內等式成立,實驗就是成功的.同理,可以驗證0點到3點過程、0點到4點過程的機械能是否守恒.6.拆下器材,放回原處.思考3:對于實際獲得的紙帶,如何判定紙帶上的第一個點就是紙帶剛開始下落時打下的呢?三、數據處理與分析依據實驗,采集整理以下信息:  數據序號  下落高度hn/m瞬時速度vn/(m·s-1)減少的重力勢能mghn/J增加的動能/J234思考4:驗證機械能守恒時可以回避起始點嗎(即處理紙帶時可以不用到起始點嗎)?我們可以選取A、B兩點,比較它們的機械能EA和EB.若以點B為0勢能點,則有: . 數據處理:Δh/mvA/(m·s-1)vB/(m·s-1)勢能減少量Ep/J動能增加量ΔEk/J1234通過本實驗,我們可以得到的結論: . 思考5:如何測量物體的瞬時速度?探究討論:速度能不能用v=或v=gt計算?圖象法處理數據:誤差分析1.偶然誤差:測量長度時會帶來誤差.2.系統誤差:實驗中重物和紙帶下落過程中要克服阻力(主要是打點計時器的阻力)做功,故動能的增加量ΔEk必定稍小于勢能的減少量ΔEp.四、例題分析[例1]在“驗證機械能守恒定律”的一次實驗中,質量m=1kg的重物自由下落,在紙帶上打出一系列的點,如圖所示(相鄰計數點時間間隔為0.02s),那么:(1)紙帶的    (用字母表示)端與重物相連; (2)打點計時器打下計數點B時,物體的速度vB=    ; (3)從起點P到打下計數點B的過程-省略部分-    ,重物動能EkB=    .從開始下落起至B點,重物的重力勢能減少量是    ,因此可得出的結論是    .(g取9.8m/s2) (2)根據紙帶算出相關各點速度v,量出下落距離h,則以為縱軸,以h為橫軸畫出的圖線應是下圖中的(  )5.某同學做“驗證機械能守恒定律”實驗,不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分損壞了,剩下的一段紙帶上的各個點間的距離如圖所示(單位:cm),已知打點計時器工作頻率為50 Hz,重力加速度g取9.8m/s2.(1)利用這段紙帶說明重物機械能守恒;(2)試說明重力勢能的減少量ΔEp稍大于動能的增加量ΔEk的原因,并提出改進意見.參考答案自主探究1.自由 重力勢 動 機械能守恒定律2.mgh mv23.這個點前后相鄰兩點間的平均速度4.紙帶 復寫紙 刻度尺合作探究一、實驗介紹思考1:我們要求重物做自由落體運動,而阻力是不可避免地存在的,為了減少阻力對實驗的影響,應采用密度較大的重物.思考2:由mgh=mv2可得出gh=v2,所以無須測量重物的質量.如果實驗要求計算勢能和動能的具體數據,那就必須要知道重物的質量.二、實驗步驟思考3:若第一個點為紙帶剛開始下落時打下的,則該點與相鄰點間距離滿足h=gt2=×9.8×0.022m≈2×10-3 m=2 mm,因此紙帶上的開始兩個點間的距離接近2 mm時,則可判定第一個點即為紙帶剛開始下落時打下的.三、數據處理與分析思考4:EkA+mgΔh=EkB通過本實驗,我們可以得到的結論:EA和EB近似相等,從而驗證機械能守恒.思考5:vB=做勻變速運動的紙帶上某點的瞬時速度等于相鄰兩點間的平均速度.探究討論:(1)用v=這種方法是根據機械能守恒定律得到的,而我們的目的就是驗證機械能守恒定律,所以不能用.(2)v=gt這種方法認為加速度為g,由于各種摩擦阻力不可避免,所以實際加速度必將小于g,這樣將得到機械能增加的結論,有阻力作用機械能應該是減少的,故這種方法也不能用.四、例題分析[例1](1)P 解析:與重物相連的紙帶一端應該先打出點,先打出點的速度較小,從紙帶圖上可以看出是P點.(2)0.98m/s(3)0.49J 0.48 J(4)> 有機械能損失(5)在誤差允許范圍內,重物下落時機械能守恒[例2]EBCA[例3]0.914 0.909課堂檢測1.BD 2.A 3.C4.解析:(1)由vB=,ΔEkB=,ΔEpB=mghOB得:vB=0.59m/s,ΔEkB≈0.17J,ΔEpB≈0.17J.在實驗誤差允許的范圍內,重物動能的增加等于重物重力勢能的減少.(2)由mv2=mgh,得v2=gh,所以h的圖象應是一條過原點的傾斜的直線,直線斜率等于g,故C圖正確.答案:(1)0.59m/s 0.17J 0.17J 在實驗誤差允許的范圍內,重物動能的增加等于重物重力勢能的減少 (2)C5.解析:(1)利用平均速度等于這段時間中點時刻的瞬時速度的公式,可求出v2=m/s=1.50m/s,v5=m/s≈2.08m/s.又2、5兩點間距Δh=0.108m,所以重力勢能的減少量ΔEp=mgΔh≈1.06m J,動能的增加量ΔEk=≈1.04m J,比較兩值近似相等,可認為機械能守恒定律成立.(2)因為存在摩擦阻力和空氣阻力.改進方法:可使重物質量大些,體積小些,紙帶不宜過長.答案:(1)見解析 (2)見解析
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