辽宁省丹东宽甸县第一中学高中物理7.9实验：验证机械能守恒定律学案无答案新人教版必修2VIP免费

7.9实验：验证机械能守恒定律学习目标:1、知识与能力(1)理解实验的设计思路，掌握验证机械能守恒定律的实验原理。(2)知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法。(3)能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析得出实验结论。(4)能定性地分析产生实验误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差。2、过程与方法通过用打点计时器与纸带来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学研究问题的方法。学习重点：掌握验证机械能守恒定律的实验原理。学习难点：验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。【预习案】（一）预习知识：机械能守恒定律的相关知识（二）教材导读目标一：实验的基本准备（基础）认真阅读教材完成下列问题：实验器材：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，墨粉纸盘，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有：；缺少的器材是。实验原理：1．推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。在图1中，质量为m的物体从O点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点A和B的机械能分别为：EA=，EB=如果忽略空气阻力，则物体只受重力作用，物体下落过程中的机械能守恒，于是有:上式亦可写成为了方便，可以直接从开始下落的O点至任意一点（比如图1中的A点）来进行研究，这时应有：mghmvA221----即为本实验要验证的表达式，式中h是高度，vA是物体在A点的速度。2．如何求出A点的瞬时速度vA？(引导：根据做匀加速运动的物体在某一段时间t内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出A点的瞬时速度vA。)图2是竖直纸带由下而上实际打点后的情况。从O点开始依次1图201234s1s2s3h1h2h3h4取点1，2，3，……图中s1，s2，s3，……分别为0～2点，1～3点，2～4点……各段间的距离。根据公式tsv，t=2×0.02s（纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是0.02s），可求出各段的平均速度。这些平均速度就等于是1，2，3，……各点相对应的瞬时速度v1，v2，v3，…….目标二：实验过程（基础）实验操作与步骤：1．把打点计时器安装在铁架台上，用导线将学生电源和打点计时器接好．2．把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近．3．接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应该在纸带上打出一系列的点．4．重复上一步的过程，打三到五条纸带．5．选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高度h1，h2，h3，……记人表格中．6．用公式vn=hn+1+hn-1/2t，计算出各点的瞬时速度v1，v2，v3……并记录在表格中．7．计算各点的重力势能的减少量mgh和动能的增加量221nmv，并进行比较．看是否相等，将数值填人表格内．实验数据处理：【例】在“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图4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)从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为J。(3)实验误差产生的原因(写两点)：①_____________________________________________________________;②_____________________________________________________________.（4）根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是______________。各计数点l234下落高度速度势能动能结论2【探究案】本实验应该注意哪些问题呢？（1）安装打点计时器时要竖直架稳，使两限位孔在同一竖直面内，以重物带着纸带下落时所受到的阻碍作用。（2）实验时，应先，让打点计时器工作正常后再（3）不需要测量物体的，实验只需要验证即可（4）实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，故动能的增加量kE必定重力势能的减少量pE，这属于系统误差3