【物理】2018届人教版第5章实验8验证机械能守恒定律教案

【物理】2018届人教版第5章实验8验证机械能守恒定律教案

实验8　验证机械能守恒定律 ‎1．实验目的 验证机械能守恒定律．‎ ‎2．实验原理 通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．‎ ‎3．实验器材 打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根．‎ ‎4．实验步骤 ‎(1)安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压电源相连．‎ ‎(2)打纸带 用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(3～5条)纸带．‎ ‎(3)选纸带：分两种情况说明 ‎①若选第1点O到下落到某一点的过程，即用mgh＝mv2来验证，应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带．‎ ‎②用mv－mv＝mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否小于或接近2 mm就无关紧要了．‎ ‎5．实验结论 在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒．‎ ‎1．误差分析 ‎(1)测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值．‎ ‎(2)系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔEk＝mv必定稍小于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力．‎ ‎2．注意事项 ‎(1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减少摩擦阻力．‎ ‎(2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料．‎ ‎(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落．‎ ‎(4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝ ，不能用vn＝或vn＝gt来计算．‎ ‎3．数据处理 方法一：利用起始点和第n点计算 代入mghn和mv，如果在实验误差允许的范围内，mghn和mv相等，则验证了机械能守恒定律．‎ 方法二：任取两点计算 ‎(1)任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB.‎ ‎(2)算出mv－mv的值．‎ ‎(3)在实验误差允许的范围内，若mghAB＝mv－mv，则验证了机械能守恒定律．‎ 方法三：图象法 从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出v2h图线．若在实验误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律．‎ 一、实验原理与实验操作 ‎1.利用图1所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案：‎ 图1‎ A．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度v B．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝计算出瞬时速度v C．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过h＝计算出高度h D．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v 以上方案中只有一种正确，正确的是________．(填入相应的字母)‎ D　[在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做g，只能把它当做未知的定值，所以正确方案只有D项．]‎ ‎2．(2015·浙江1月学考)如图2所示，在做“验证机械能守恒定律”实验时，下列实验器材需要的是(　　)‎ 图2‎ A．停表　　 B．量角器　　 C．打点计时器　　 D．弹簧 C　[验证机械能守恒定律需要测量下落高度和速度，要用打点计时器记录位置和时间．故选C项．]‎ ‎3．(2016·浙江4月学考)(1)在下列学生实验中，需要用到打点计时器的实验有________(填字母)．‎ A．“探究求合力的方法”‎ B．“探究加速度与力、质量的关系”‎ C．“探究做功与物体速度变化的关系”‎ D．“探究作用力与反作用力的关系”‎ ‎(2)做“验证机械能守恒定律”的实验．已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器，还必须选取的器材是图中的________(填字母)．‎ A　　　　B　　　　　C　　　　D 某同学在实验过程中，①在重锤的正下方地面铺海绵；②调整打点计时器的两个限位孔连线为竖直；③重复多次实验．以上操作可减小实验误差的是________(填序号). 【导学号：81370222】‎ ‎【解析】　(1)“探究加速度与力、质量的关系”和“探究做功与物体速度变化的关系”两个实验都要测量纸带，计算得到物体的速度，都要用打点计时器．“探究求合力的方法”、“探究作用力与反作用力的关系”，主要测量力的大小和方向，不需要打点计时器．所以选B、C.(2)验证机械能守恒定律需要重锤，还需要毫米刻度尺测量纸带上点距，所以选B、D.调整打点计时器的两个限位孔连线为竖直可以减小阻力，使增加的动能更加接近减少的重力势能，重复多次实验可减小实验误差，所以选②、③.‎ ‎【答案】　(1)BC　(2)BD　②③‎ 二、数据处理与误差分析 ‎4．在进行“验证机械能守恒定律”的实验中：‎ 甲　　　　　乙 图3‎ 两实验小组同学分别采用了如图3甲和乙所示的装置，采用两种不同的实验方案进行实验．‎ ‎(1)在图甲中，下落物体应选择密度________(选填“大”或“小”)的重物；在图乙中，两个重物的质量关系是m1________m2(选填“>”、“＝”、“<”)；‎ ‎(2)采用图乙的方案进行实验，还需要的实验器材有交流电源，刻度尺和________；‎ ‎(3)比较两种实验方案，你认为图________(选填“甲”或“乙”)所示实验方案更合理，理由是__________________________________________________．‎ ‎【解析】　(1)为了减小空气阻力的影响，选择体积小、密度大的重物；在题图乙中，m2在m1的拉力作用下向上运动，所以m1>m2.(2)两重物质量不等，分析系统损失的重力势能是否近似等于增加的动能时，两边质量不能约去，故需要天平测量两重物的质量．(3)题图乙中所示实验还受到细线与滑轮的阻力的影响，机械能损失较大，故题图甲所示实验方案较为合理．‎ ‎【答案】　(1)大　>　(2)天平　(3)甲　图乙中还受到细线与滑轮的阻力的影响 ‎5．在验证机械能守恒定律的实验中，某同学利用图4甲中器材进行实验，正确地完成实验操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示．在实验数据处理中，某同学取A、B两点来验证实验．已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，g取‎9.8 m/s2，图中测量结果记录在下面的表格中．‎ 图4‎ 项目 x1/cm A点瞬时速 度/(m·s－1)‎ x2/cm B点瞬时速度 ‎/(m·s－1)‎ A、B两点间 距离/cm 数据 ‎3.92‎ ‎0.98‎ ‎12.80‎ ‎50.00‎ ‎(1)观察纸带，可知连接重物的夹子应夹在纸带的________端(选填“左”或“右”)；‎ ‎(2)将表格中未填项目填写完整；‎ ‎(3)若重物和夹子的总质量为‎0.6 kg，那么在从A到B运动过程中，动能的增加量为________ J，重力势能的减少量为________ J.‎ ‎【解析】　(1)重物刚开始运动时，速度较小，点迹比较密集，故夹子应夹在纸带的左端；(2)vB＝＝3.20 m/s；(3)动能的增加量为ΔEk＝mv－mv＝2.78 J，重力势能的减少量为ΔEp＝mgh＝2.94 J.‎ ‎【答案】　(1)左　(2)3.20　(3)2.78　2.94‎