【同步备课】2020年高中物理学案(新人教必修二)7.9《实验：验证机械能守恒定律》5

班级_________组别_________座号_________姓名_________一、试验目的1.用落体法验证机械能守恒定律。2.理解试验设计思路,明确试验直接测量的物理量。3.生疏试验操作,能正确测量数据,会求瞬时速度。4.把握试验数据的处理方法,能定性分析误差产生的缘由。二、试验原理1.只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可相互转化，但总的机械能守恒。利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h并计算出瞬时速度v，从而验证物体在自由下落过程中，重力势能的削减量ΔEp＝mgh与物体动能的增加量相等。2.测定某点瞬时速度的方法是：物体做匀变速直线运动，在某时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。三、试验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重物(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压沟通电源(4V～6V)三、试验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重物(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压沟通电源(4V～6V)四、试验过程1.试验步骤(1)安装：按图甲装置竖直安装打点计时器，并用导线将打点计时器接在低压沟通电源上。(2)接电源、打纸带：将长约1m的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打点计时器，用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方。接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点。换几条纸带，重复上面的试验。(3)选纸带：选取点迹较为清楚的纸带。选择纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0、1、2、3…。(4)数据测量：测出0点到点1、点2、点3…的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3…。2.数据处理(1)利用公式计算出点1、点2、点3…的瞬时速度v1、v2、v3…。(2)要验证的是只需验证因此不需要测量重物的质量m。(3)验证：通过计算，在误差允许的范围之内与ghn是否相等或与ghmn是否相等。五、探究思考1.本试验中为什么选择第一、二两点间的距离接近2mm的纸带进行测量？2.在得到的试验数据中，大部分同学得到的结论是：重物动能的增加量稍小于重力势能的削减量，即ΔEk＜ΔEp。请问这是怎样造成的呢？3.请思考在试验时某点速度能用v=gt或计算吗?【学问点拨】试验留意事项1.试验中应尽可能把握试验条件，这就要尽量削减各种阻力，实行的措施有：(1)铁架台应竖直安装，可使纸带所受阻力减小。(2)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，可使空气阻力减小。2.应先接通电源让打点计时器开头打点，再放开纸带让重锤下落。纸带也不宜过长，其有效长度可在60cm～80cm之间。3.选取纸带的原则(1)点迹清楚。(2)所打点呈一条直线。4.不需要测出物体的质量，试验只需要验证就行了。5.测量下落高度时，为减小试验误差，后边的点应距起点0较远，在测量各点到0点的距离时，应当用刻度尺从0点量起，一次性读出各点到0点的距离。六、试验典例分析1、试验器材及误差分析【典例1】如图为验证机械能守恒定律的试验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：(1)为完成此试验，除了所给的器材，还需要的器材有________。(填入正确选项前的字母)A.米尺B.秒表C.0～12V的直流电源D.0～12V的沟通电源(2)试验中误差产生的缘由有_________。(写出两个缘由)课后达标·训练1.下列关于“验证机械能守恒定律”试验的试验误差与操作正误的说法中,正确的是()A．重锤的质量称量不准会造成较大的误差B．重锤的质量选用大些，有利于减小误差C．重锤的质量选用小些，有利于减小误差D．先松开纸带让重锤下落,再让打点计时器工作，会造成较大差错2.在“验证机械能守恒定律”的试验中肯定不需测量或计算的物理量是()A．下落高度 B．瞬时速度C．重物质量 D．时间3.某位同学做“验证机械能守恒定律”的试验，下列操作步骤中错误的是()A.把电磁打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压沟通电源B.将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到肯定高度C.先释放纸带，再接通电源D.更换纸带，重复试验，依据记录处理数据4.用如图所示的试验装置验证机械能守恒定律，试验所用的电源为同学电源，输出电压为6V的沟通电和直流电两种.重物从高处由静止开头下落，重物上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即能验证机械能守恒定律.下面列举了该试验的几个操作步骤：A.依据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端上；C.用天平测量出重物的质量；D.释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E.测量打出的纸带上某些点之间的距离；F.依据测量的结果计算重物下落过程中削减的重力势能是否等于增加的动能.指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的横线上，并说明其缘由：____________________________________________________________________________________________________________.5.在“验证机械能守恒定律”的试验中有如下可供选择的器材：铁架台、电磁打点计时器、复写纸、纸带(带夹子)、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关。其中不必要的器材是_________________________________，缺少的器材是______________________________。6.(2022·扬州高一检测)在用重锤下落来验证机械能守恒时，某同学依据正确的操作选的纸带如图所示。其中O是起始点，A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的5个点，打点频率为50Hz，该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C、D、E各点的距离，并记录在图中(单位：cm)(1)这五个数据中不符合读数要求的是________(选填“A”“B”“C”“D”或“E”)点读数。(2)该同学用重锤在OC段的运动来验证机械能守恒，OC距离用h来表示，他用vC=计算与C点对应的重锤的瞬时速度，得到动能的增加量，这种做法___________(选填“对”或“不对”)。(3)若O点到某计数点的距离用h表示，重力加速度为g，该点对应重锤的瞬时速度为v，则试验中要验证的等式为_________。(4)若重锤质量m=2.00×10-1kg，重力加速度g=9.8m/s27.某次“验证机械能守恒定律”的试验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为1kg。(1)打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB=_______m/s，重锤的动能EkB=_______J。(2)从开头下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为_______J.(3)依据纸带供应的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开头到打出B点的过程中，得到的结论是__________________。8.用落体法验证机械能守恒定律的试验中：(1)运用公式对试验条件的要求是_____________________________，为达到此目的，所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近________。(2)若试验中所用重锤的质量m＝1kg，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＝_______m/s，重锤的动能Ek＝_______J，从开头下落起至B点重锤的重力势能削减量是_____