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1、152010高效课堂 高一物理导学案 必修二、第七章、机械能守恒定律编号:23 第13节、验证机械能守恒定律 主备人：秦利金 审核人：马治亮一实验目的：实验目的是验证机械能守恒定律二 实验原理：利用物体做自由落体运动时，重力势能转化为动能总的机械能守恒，通过测定重力势能的减少量和相应过程动能增加量来验证三实验器材打点计时器，低压交流电源，带有铁夹的铁架台，纸带，复写纸，带夹子的重锤，刻度尺，导线四 .实验步骤 1、按图416所示的装置安装，沿竖直方向架稳打点计时器，将纸带固定在重锤上并穿过打点计时器2、用手握住纸带，让重物静止地靠近打点计时器的地方，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，计时
2、器在纸带上打下一系列的点3、更换几条纸带，重复上述步骤(2) 4、从几条打下点的纸带中挑选第一、二两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量，先记下第一个点的位置，再用刻度尺测出其余各计数点到第一个点间的距离d1、d2、d3、dn一l、dn、dn+15、由公式计算出各计数点的瞬时速度v1、v2、v3vn，再计算出相应的动能及动能的增加量 6、利用公式Ep=mgh计算出各计数点与第一个点的重力势能的减少量7、比较动能增加量及重力势能的减少量的大小，验证机械能是否守恒 五注意事项 1、安装打点计时器时，必须要竖直架稳，使限位孔与纸带在同一竖直平面内，以减小重物下落时纸带受到的阻力 2、实验时必须
3、先接通电源，再释放重物 3、挑选纸带时，应选择第一、第二点间的间距接近2mm的纸带，这样可以基本确定v0=0，便于验证，4、因不需要知道动能和重力势能的具体数值，所以也就不需要测出物体的质量5、计算时涉及重力加速度的，应取当地的重力加速度值代入计算，若题中未提供当地重力加速度值，应取g=9.8m/s2,而不能取g=10m/s2六误差分析1 、误差来源：打点计时器与纸带间的摩擦阻力、空气对重锤存在阻力、长度测量的误差。 2、减小误差方法：安装器材时，应注意使打点计时器处在竖直平面内，同时使打点计时器两个限位空在同一竖直线上；纸带下的重物重量要大些，体积要小；测距离时都应从O点量起，多测几次取平均
4、值。例1、 做验证机械能守恒定律的实验步骤有： A把打点计时器固定在铁架台上，并用导线将打点计时器接在低压交流电源上； B将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提着纸带，让手尽量靠近打点计时器； C松开纸带、接通电源； D更换纸带，重复几次，选用点迹清晰且第1、2两点间距为2mm的纸带； E用天平称出物体的质量，利用mgh=1/2mv2验证机械能守恒定律 在上述实验步骤中错误的是_和_，多余的是_ 例2、 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50I-Iz，测得当地的重力加速度g=98ms2，测得所用重物的质量为100kg，实验中得到一点迹清晰的纸带如图417所示，把第一个点记
5、作0，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各点到O点的距离分别为6299cm，7018cm，7776cm，8573cm，根据以上数据，可知重物由0点运动到C点，重力势能的减少量等于_J，动能的增大量等于_ J(取三位有效数字) 例3、某同学在做验证机械能守恒定律的实验时，不慎将一条选择好的纸带的前面部分损坏了，剩下的一段纸带上各点问的距离，他测出并标在纸带上，如图4-18所示，已知打点计时器的周期为0.02s,重力加速度g=9.8m/s2: (1)利用纸带说明重锤通过2、5两点时机械能守恒； (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
6、加量? 例4、为探究物体在下落过程中机械能是否守恒，某同学采用实验装置如图所示（1）其设计方案如下：让质量为m的立方体小铁块从开始端自由下落，开始端至光电门的高度差为h，则此过程中小铁块重力势能的减少量为；测出小铁块通过光电门时的速度v，则此过程中小铁块动能增加量为 ；比较这两个量之间的关系就可得出此过程中机械能是否守恒（已知当地重力加速度大小为g）（2）具体操作步骤如下：A 用天平测定小铁块的质量m； B用游标卡尺测出立方体小铁块的边长d；C用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离h（）；D电磁铁先通电（电源未画出），让小铁块吸在开始端；E断开电源，让小铁块自由下落；F计时装置记录小铁块经过光电
7、门所用时间为t，计算出相应速度v；G改变光电门的位置，重复C、D、E、F等步骤，得到七组（hi，）数据；H将七组数据在坐标系中找到对应的坐标点，拟合得到如图所示直线上述操作中有一步骤可以省略，你认为是 （填步骤前的字母）；计算小铁块经过光电门的速度表达式v= （3）若图线满足条件 ，则可判断小铁块在下落过程中机械能守恒例5、用如图452甲所示实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两个计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距
8、离如图乙所示已知m150 g、m2150 g，则(g取10 m/s2，结果保留两位有效数字)(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5_ m/s；(2)在打点05过程中系统动能的增加量Ek_ J，系统势能的减少量Ep_ J，由此得出的结论是_；(3)若某同学作出的v2h图象如图453所示，则当地的实际重力加速度g_ m/s2.课后作业1在验证机械能守恒定律的实验中，质量为1k的重锤自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动过程，打点计时器所接电源的频率为50Hz，如图419所示，纸带上0点为重锤自由下落时纸带打点起点，选取的计数点A、B、C、D依次间隔为一个点，各计数点与O点距离如图示，单位为mm，
9、g=98ms2，则： (1)打点计时器记录B点时，重锤速度轴=_，重锤的动能为EkB=_ (2)从A点下落算起，打点计时器记录B点时，重锤重力势能减少为_。 (3)以B点为例，说明你怎样判断重锤下落过程中机械能是否守恒?2验证机械能守恒定律的实验采用重物自由下落的方法(1)用公式1/2mv2=mgh时，对纸带上起点的要求是_，为达到此目的，所选择的纸带第一、二两点间距应接近_(2)若实验中所用重锤质量m=1kg，打点纸带如图4-20所示，打点时间间隔为002s，则记录B点时，重锤速度vB=_，重锤的动能EkB=_，从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量是_因此可得出的结论是_(3)根据纸带算
10、出的相关各点的速度秒，量出下落的距离，则以1/2v2为纵轴，以h为横轴画出的图线应是图421中的_3.如图为利用气垫导轨（滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略）“验证机械能守恒定律”的实验装置，将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平，将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，砝码落地前挡光条已通过光电门2。利用和光电门连接的计算机读出滑块分别通过光电门1和光电门2时的挡光时间t1和t2。用游标卡尺测出挡光条的宽度l，用刻度尺测出两光电门中心之间的距离s，则l光电门1光电门2定滑轮砝码挡光条滑块气垫导轨s （1）若要验证砝码（包括托盘）和滑块（包括挡光条）组成的
11、系统机械能守恒，本实验还需要用仪器测量的物理量是 。（2）如果满足关系式 ，则可认为验证了砝码（包括托盘）和滑块（包括挡光条）组成的系统机械能守恒定编号:23 第13节、验证机械能守恒定律 主备人：秦利金 审核人：马治亮一实验目的：实验目的是验证机械能守恒定律三 实验原理：利用物体做自由落体运动时，重力势能转化为动能总的机械能守恒，通过测定重力势能的减少量和相应过程动能增加量来验证三实验器材打点计时器，低压交流电源，带有铁夹的铁架台，纸带，复写纸，带夹子的重锤，刻度尺，导线四 .实验步骤 1、按图416所示的装置安装，沿竖直方向架稳打点计时器，将纸带固定在重锤上并穿过打点计时器2、用手握住纸带
12、，让重物静止地靠近打点计时器的地方，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，计时器在纸带上打下一系列的点3、更换几条纸带，重复上述步骤(2) 4、从几条打下点的纸带中挑选第一、二两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量，先记下第一个点的位置，再用刻度尺测出其余各计数点到第一个点间的距离d1、d2、d3、dn一l、dn、dn+15、由公式计算出各计数点的瞬时速度v1、v2、v3vn，再计算出相应的动能及动能的增加量 6、利用公式Ep=mgh计算出各计数点与第一个点的重力势能的减少量7、比较动能增加量及重力势能的减少量的大小，验证机械能是否守恒 五注意事项 1、安装打点计时器时，必须要竖直架稳
13、，使限位孔与纸带在同一竖直平面内，以减小重物下落时纸带受到的阻力 2、实验时必须先接通电源，再释放重物 3、挑选纸带时，应选择第一、第二点间的间距接近2mm的纸带，这样可以基本确定v0=0，便于验证，4、因不需要知道动能和重力势能的具体数值，所以也就不需要测出物体的质量5、计算时涉及重力加速度的，应取当地的重力加速度值代入计算，若题中未提供当地重力加速度值，应取g=9.8m/s2,而不能取g=10m/s2六误差分析1 、误差来源：打点计时器与纸带间的摩擦阻力、空气对重锤存在阻力、长度测量的误差。 2、减小误差方法：安装器材时，应注意使打点计时器处在竖直平面内，同时使打点计时器两个限位空在同一竖
14、直线上；纸带下的重物重量要大些，体积要小；测距离时都应从O点量起，多测几次取平均值。例1、 做验证机械能守恒定律的实验步骤有： A把打点计时器固定在铁架台上，并用导线将打点计时器接在低压交流电源上； B将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提着纸带，让手尽量靠近打点计时器； C松开纸带、接通电源； D更换纸带，重复几次，选用点迹清晰且第1、2两点间距为2mm的纸带； E用天平称出物体的质量，利用mgh=1/2mv2验证机械能守恒定律 在上述实验步骤中错误的是_和_，多余的是_ 解析本题答案分别为B、C和E，答案B中应让重物尽量靠近打点时器，而不是手靠近，答案C中应先通电源，后放纸带，E中不需要称量物
15、体的质量 点评本题主要是考察该实验的实验过程，只要熟悉该实验的过程，是不难选择的例2、 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50I-Iz，测得当地的重力加速度g=98ms2，测得所用重物的质量为100kg，实验中得到一点迹清晰的纸带如图417所示，把第一个点记作0，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各点到O点的距离分别为6299cm，7018cm，7776cm，8573cm，根据以上数据，可知重物由0点运动到C点，重力势能的减少量等于_J，动能的增大量等于_ J(取三位有效数字) 解析根据测量的数据，重物从0到C的下落高度h=O7776
16、m Ep=mgh=1.009.80.7776J=7.62J 计算相应过程的动能增加量应先计算出C点的瞬时速度vC，由图可知 故 Ek= 点评本题中重力势能的减小量比较容易计算，动能增大量的计算不能根据机械能守恒得到Ek=762J，原因是实验中不可避免存在阻力，动能增大量不等于重力势能的减少量，而必须用瞬时速度求动能，计算动能增大量来确定Ek同时题目中要求取三位有效数字，因此最后的计算结果必须保留三位有效数字例3、某同学在做验证机械能守恒定律的实验时，不慎将一条选择好的纸带的前面部分损坏了，剩下的一段纸带上各点问的距离，他测出并标在纸带上，如图4-18所示，已知打点计时器的周期为0.02s,重力
17、加速度g=9.8m/s2: (1)利用纸带说明重锤通过2、5两点时机械能守恒； (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? 解析 由纸带记录的情况可知故在实验误差允许的范围内重锤通过2、5两点时，机械能守恒 实验的结果表明，EkEp，显然是因为重物在下落的过程中纸带受阻力作用的影响点评本题重在利用物体自由落体运动验证机械能守恒，但因为阻力的存在，Ep=Ek可能只是理论上的结论，必须通过具体的计算最后确定答案，而且计算的过程也告诉我们实验过程存在误差的原因例4、为探究物体在下落过程中机械能是否守恒，某同学采用实验装置如图所示（1）其设计方案如下：让质量为m的立方
18、体小铁块从开始端自由下落，开始端至光电门的高度差为h，则此过程中小铁块重力势能的减少量为；测出小铁块通过光电门时的速度v，则此过程中小铁块动能增加量为 ；比较这两个量之间的关系就可得出此过程中机械能是否守恒（已知当地重力加速度大小为g）（2）具体操作步骤如下： A用天平测定小铁块的质量m；B用游标卡尺测出立方体小铁块的边长d；C用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离h（）；D电磁铁先通电（电源未画出），让小铁块吸在开始端；E断开电源，让小铁块自由下落；F计时装置记录小铁块经过光电门所用时间为t，计算出相应速度v；G改变光电门的位置，重复C、D、E、F等步骤，得到七组（hi，）数据；H将七组数据在
19、坐标系中找到对应的坐标点，拟合得到如图所示直线 上述操作中有一步骤可以省略，你认为是 （填步骤前的字母）；计算小铁块经过光电门的速度表达式v= （3）若图线满足条件 ，则可判断小铁块在下落过程中机械能守恒3.答案：例5、用如图452甲所示实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两个计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示已知m150 g、m2150 g，则(g取10 m/s2，结果保留两位有效数字)(1)在纸带上
20、打下计数点5时的速度v5_ m/s；(2)在打点05过程中系统动能的增加量Ek_ J，系统势能的减少量Ep_ J，由此得出的结论是_；(3)若某同学作出的v2h图象如图453所示，则当地的实际重力加速度g_ m/s2.课后作业1在验证机械能守恒定律的实验中，需要特别注意的有 ( BD ) A称出重锤的质量 B手提纸带，先接通电源再松开纸带让重物落下 C取下纸带，可不考虑前面较密集的点，选某个清晰的点作为起始运动点处理纸带，验证mgh=1/2mv2各式 D必须选取第1、2点间距离接近2mm的纸带，从第1点起处理纸带，验证mgh=1/2mv2各式 2在验证机械能守恒定律的实验中，对于自由下落的重物
21、，下述选择的条件哪种更为有利? ( D ) A只要足够重就可以 B只要体积足够小就可以 C既要体积足够小，又要足够重 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 3为进行验证机械能守恒定律的实验，有下列器材可供选用：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、秒表、低压直流电流、导线、电键、天平，其中不必要的器材是_，缺少的器材是_ 3不必要的器材：秒表、低压直流电源和天平；缺少的器材：低压交流电源、刻度尺、重锤 4在验证机械能守恒定律的实验中，质量为1k的重锤自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动过程，打点计时器所接电源的频率为50Hz，如图419所示，纸带上0点为重锤自由下落时纸带
22、打点起点，选取的计数点A、B、C、D依次间隔为一个点，各计数点与O点距离如图示，单位为mm，g=98ms2，则： (1)打点计时器记录B点时，重锤速度轴=_，重锤的动能为EkB=_ (2)从A点下落算起，打点计时器记录B点时，重锤重力势能减少为_。 (3)以B点为例，说明你怎样判断重锤下落过程中机械能是否守恒?4(1)118ms，69610-1J；(2)69210一1J；(3)EkB=696101J，Ekp=692101J在误差允许范围内，二者相等，可认为机械能守恒5验证机械能守恒定律的实验采用重物自由下落的方法 (1)用公式1/2mv2=mgh时，对纸带上起点的要求是_，为达到此目的，所选择
23、的纸带第一、二两点间距应接近_ (2)若实验中所用重锤质量m=1kg，打点纸带如图4-20所示，打点时间间隔为002s，则记录B点时，重锤速度vB=_，重锤的动能EkB=_，从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量是_因此可得出的结论是_ (3)根据纸带算出的相关各点的速度秒，量出下落的距离，则以1/2v2为纵轴，以h为横轴画出的图线应是图421中的_ 5(1)初速度为O，2m/s；(2)059ms，017J，017J在实验误差允许的范围内，重锤动能的增加量等于势能的减少量；(3)C6.如图为利用气垫导轨（滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略）“验证机械能守恒定律”的实验装置，将气垫导轨放在水平
24、桌面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平，将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，砝码落地前挡光条已通过光电门2。利用和光电门连接的计算机读出滑块分别通过光电门1和光电门2时的挡光时间t1和t2。用游标卡尺测出挡光条的宽度l，用刻度尺测出两光电门中心之间的距离s，则（1）若要验证砝码（包括托盘）和滑块（包括挡光条）组成的系统机械能守恒，本实验还需要用仪器测量的物理量是 。l光电门1光电门2定滑轮砝码挡光条滑块气垫导轨s（2）如果满足关系式 ，则可认为验证了砝码（包括托盘）和滑块（包括挡光条）组成的系统机械能守恒定律。7.（1）滑块和挡光条的总质量M、托盘和砝码的总质量m （3分）（2） （3分）10