高中物理人教版 (新课标)必修29.实验：验证机械能守恒定律导学案

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修29.实验：验证机械能守恒定律导学案，共4页。学案主要包含了要注意的问题 实验的误差来源等内容，欢迎下载使用。
知识与技能
1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度．
2．掌握验证机械能守恒定律的实验原理．
过程与方法
通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法．
情感、态度与价值观
通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观．培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度．
◇课前导学◇
1、必须选择一个符合机械能守恒的运动模型来验证机械能守恒定律，本实验选择自由落体运动模型来验证机械能守恒定律，是因为物体在自由落体运动过程中只____做功，满足____________。
2、按照书本要求，本实验是验证自由落体轨迹上开始点和其后任意点的机械能守恒，为此必须选择物体初速度为_______,判断开始点是否满足要求的依据是_____________,为了计算物体减少的重力势能，必须测量出物体__________________，对应的测量器材是___________。为了计算出某点时刻物体的动能，必须测量出物体在该时刻的瞬时速度，其计算公式为__________________，这是利用了什么原理？_________________。为了计算物体的动能和重力势能，按理还需要知道物体的质量，但本实验中可以不测物体的质量，其原因是_______ 。
3、实验操作过程中，是先接通电源开始打点还是先放开纸带？为什么？ _______ 。
4、为了减小实验误差，应尽量减小重物下落时纸带所受的阻力。因此重锤应选______（填重、轻），纸带应_______放置。尽管采取了上述措施，但由于阻力还是存在的，所以实验中重力势能的减小量应______动能的增加量，这样才是符合实际的。
◇例题精析◇
例1 在《验证机械能守恒定律》的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，测得当地的重力加速度g=9.8m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg，实验中得到一点迹清晰的纸带如图所示，把第一点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D到0点的距离分别62.99cm,70.18cm,77.76cm,85.73cm,根据以上的数据，可知重物由0运动到C点，重力势能的减小量等于_______J,动能的增加量等于_______J。（取三位有效数字）
O
A
B
C
D
解析
拓展 有些认为动能增加量可以根据机械能守恒得到△Ek=0.762J，这样做犯了逻辑错误，因为实验目的就是要验证机械能是否守恒，验证过程中当然不能利用机械能守恒的结论。且实验中不可避免存在阻力，动能增加量不等于重力势能的减小量。
例2 《验证机械能守恒定律》的实验采用重物自由下落的方法。
0
7.8
17.6
49.0
单位：mm
O
A
B
C
D
31.4
(1)用公式mv2/2=mgh，对纸带上起点的要求是___________,为此目的，所选纸带第一、二两点间距应接近______________。
(2)若实验中所用重锤的质量为m未知，打点纸带如图所示，打点时间间隔为0.02s，则记录B点时，重锤的速度vB=_______，重锤的动能EKB=_______，从开始下落起至B点时，重锤的重力势能减小量是_________，因此，可得出的结论是__________。
(3)根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以v2/2为纵轴，以h为横轴画出的图线是图中5-9-3中的_________.
解析
拓展 如果不从O、B点验证，而要验证B、C点时刻物体的机械能守恒，应该如何来验证？指出应该测量的物理量，如何计算这些物理量，应比较的物理量是哪两项？
◇学习小结◇
一、实验方法 验证用自由落体运动中机械能守恒
二、要注意的问题 实验的误差来源
三、速度的测量 做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度．
◇自我评价◇
1、在本实验中，对自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利？【 】
A、只要有足够重就可以
B、只要体积足够小就可以
C、既要足够重，又要体积非常小
D、应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲
2、在本实验中，有如下器材：A.打点计时器；B.低压交流电源（附导线）；C.天平（附砝码）；D.铁架台（附夹子）；E.重锤（附夹子）；F.纸带；G.秒表；H.复写纸。其中不必要的有________________；还缺少的是________________。
3、下列列出一些实验步骤：
A、用天平称出重物和夹子的质量
B、将重物系在夹子上
C、将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子静止在靠近打点计时器处。
D、把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6V（电源不接通）
E、把打点计时器用铁夹子固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一直线上。
F、在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据。
G、用秒表测出重物下落的时间
H、接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带
I、切断电源
J、更换纸带重新进行两次实验
K、在三条纸带中选出较好的一条
L、进行计算，得出结论，完成实验报告
M、拆下导线，整理器材
对于本实验以上步骤中，不必要的有_________；正确步骤的合理顺序是：________（填写代表字母）
4、本实验中挑选纸带的原则是①______________；②__________________。纸带上第一、第二点间的距离等于1.96mm，则说明___________；纸带上第一、第二两点间的间距小于1.96mm则说明______________________________________。
5、本实验中，设在选定的纸带上依次把点子记为1，2，3，……等计数点，如图，纸带上所打点，记录了物体在不同时刻的_________，当打点计时器打点“4”时，物体动能的表达式应该是__________；若以计数点1为参考点，当打第4点时物体的机械能的表达式为______________（打点计时器的打点周期为T）。
6、在验证机械能守恒定律的实验中，若以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2/2—h图线___________,才能验证机械能守恒定律；v2/2—h图线的斜率等于_________的数值。
7、有一条纸带，各点间距离分别为d1、d2、d3……，如图5-9-6所示，各相邻点的时间间隔为T。要用它来验证B和C两点机械能是否守恒，可量得BG间的距离h=______,B点的速度表达式vB=_________，G点的速度表达式vC=_________。如果有_______=_________，则机械能守恒。
A
B
C
D
E
F
G
H
d1
d2
d3
d4
d5
d
d7

8、在本实验中，由于在运动的初始阶段计时器打出的一些点子模糊不清，故必须选择比较清楚的点作为测量起点。今所选的测量范围的第1点在米尺上的位置为x1,第4点在米尺上的位置为x2，第7点在米尺上的位置为x3，第10点在米尺上的位置为x4，。若下落的物体质量为m，打点计时器每隔Ts打一点，则可利用上述数据求出物体从第4点到第7点一段过程中，势能的减少量是___________，动能增加量是______________。
9、在本实验中，所用电源的频率为50Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各记数点位置对应刻度尺上的读数如图所示。（图中O点是打点计时器打下的第一个点，A、B、C、D、E分别是以每打两个点的时间作为计时单位取的记数点）。根据纸带求：
（1）重锤下落的加速度
（2）若重锤质量为m，则重锤从起始下落至B时，减小的重力势能为多少？
（3）重锤下落到B点时，动能为多大？
（4）从（2）、（3）的数据可得到什么结论？产生误差的主要原因是什么？
0
125.0
195.0
381.5
单位：mm
O
A
B
C
D
280.5
E
498.0
10、某同学在做《验证机械能守恒定律》的实验时，不慎将一条选好纸带的前面损坏了，剩下的一段纸带上各点间的距离，他测出并标在纸带上，如图所示，已知打点计时器的周期为0.02s，重力加速度为9.8m/s2。
(1)利用纸带说明重锤通过2、5两点时的机械能守恒
(2)分析说明为什么得到的结果是重力势能的减小量△Ep稍大于重锤动能的增加量？
2.8
3.2
3.6
4.3
单位：mm
1
2
3
4
5
4.0
6