《2022年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第5講 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案 魯科版必修2》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第5講 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案 魯科版必修2（9頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第5講 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案 魯科版必修2目標(biāo)定位1.會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度.2.掌握利用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理和方法 一、實(shí)驗(yàn)原理1在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的_轉(zhuǎn)化為_，總的機(jī)械能_，即mgh_.2物體下落高度的測量：通過紙帶用_測出3物體瞬時(shí)速度的測量、計(jì)算：紙帶上第n個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于這個(gè)點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度vn_(hn1、hn1分別為第n1個(gè)點(diǎn)、第n1個(gè)點(diǎn)到第一個(gè)點(diǎn)的距離)想一想要確定物體的動(dòng)能，需測出物體下落一定高度時(shí)的速度根據(jù)已學(xué)過知識(shí)，可有三種方法：(1)vn；(2)vngtn；

2、(3)vn，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)采取哪種方法？二、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、重物(帶夾子)、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、_、低壓_電源(46 V)想一想驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)中是否需要用到天平？一、實(shí)驗(yàn)步驟1安裝置：按圖1將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上，接好電路圖12打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落更換紙帶重復(fù)做35次實(shí)驗(yàn)3選紙帶：選取點(diǎn)跡較為清晰且有兩點(diǎn)間的距離約為2 mm的紙帶，把紙帶上打出的兩點(diǎn)間的距離為2 mm的第一個(gè)點(diǎn)作為起始點(diǎn)，記作0，在距離0點(diǎn)

3、較遠(yuǎn)處再依次選出計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、34測距離：用刻度尺測出0點(diǎn)到1、2、3的距離，即為對(duì)應(yīng)下落的高度h1、h2、h3二、數(shù)據(jù)處理1方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)從起始點(diǎn)到第n個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，重力勢能減少量為mghn，動(dòng)能增加量為mv，計(jì)算ghn和v，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)ghnv，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證2方法二：任取兩點(diǎn)A、B從A點(diǎn)到B點(diǎn)，重力勢能減少量為mghAmghB，動(dòng)能增加量為mvmv，計(jì)算ghAB和vv，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)ghABvv，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證3方法三：圖象法圖2計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)v2，以v2為縱軸，以各計(jì)數(shù)點(diǎn)到第一個(gè)點(diǎn)的距離h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2h圖線若在實(shí)驗(yàn)誤差

4、允許的范圍內(nèi)圖象是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，如圖2所示，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律三、誤差分析重物下落要克服阻力做功，因此減小的重力勢能略大于增加的動(dòng)能四、注意事項(xiàng)1盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：(1)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小摩擦阻力(2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，以減小阻力的影響2實(shí)驗(yàn)中，提紙帶的手要保持不動(dòng)，且保證紙帶豎直接通電源后，等打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定再松開紙帶3紙帶選取時(shí)以第一個(gè)點(diǎn)為起點(diǎn)時(shí)，要驗(yàn)證的是mvmghn，必須保證紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)為重物靜止釋放時(shí)打的點(diǎn)，所以前兩個(gè)點(diǎn)的間距約為hgt210(0.02)2 m2 mm.4實(shí)驗(yàn)中的兩種驗(yàn)證方法均

5、不需要測量重物的質(zhì)量m.5計(jì)算速度時(shí)不能用vgt或v，否則就犯了用機(jī)械能守恒定律去驗(yàn)證機(jī)械能守恒的錯(cuò)誤例1在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：(1)從下列器材中選出實(shí)驗(yàn)所必須的，其編號(hào)為_A打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(包括紙帶)B重物C天平D毫米刻度尺E秒表F運(yùn)動(dòng)小車(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝放置要求為_；開始打點(diǎn)計(jì)時(shí)的時(shí)候，應(yīng)先_，然后_(3)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因主要是_，使重物獲得的動(dòng)能往往_為減小誤差，懸掛在紙帶下的重物應(yīng)選擇_(4)如果以為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的h圖線是_，該線的斜率等于_例2在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭

6、9.8 m/s2，某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時(shí)各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖3所示，圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D分別是每打兩個(gè)點(diǎn)取的計(jì)數(shù)點(diǎn)則重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)(重物質(zhì)量為m kg)圖3(1)重力勢能的減少量是_J動(dòng)能的增加量是_J.(2)重力勢能的減少量_(“略大于”或“略小于”)動(dòng)能的增加量，原因是_(3)根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)得出的結(jié)論：_.例3利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖4所示圖4(1)實(shí)驗(yàn)步驟：將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平用游標(biāo)卡尺測出擋光條的寬度l9.30 mm.由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心間的距離

7、s_cm.將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動(dòng)時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2.從數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時(shí)間t1和t2.用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m.(2)用表示直接測量量的字母寫出下列物理量的表達(dá)式滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)，瞬時(shí)速度分別為v1_和v2_.當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動(dòng)能分別為Ek1_和Ek2_.在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量Ep_(重力加速度為g)(3)如果Ep_，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律1某同學(xué)利用

8、如圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律圖5(1)關(guān)于重物的選擇，以下說法中正確的是()A選用重物時(shí)，密度大體積小的比密度小體積大的好B選用重物時(shí)，密度小體積大的比密度大體積小的好C選用的重物一定要測其質(zhì)量D重物的質(zhì)量大小與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性無關(guān)(2)該同學(xué)開始實(shí)驗(yàn)時(shí)情形如圖所示，接通電源釋放紙帶請(qǐng)指出該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中存在的兩處明顯錯(cuò)誤或不當(dāng)?shù)牡胤剑篲；_.2在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量為m1 kg的重物拖著紙帶下落，在此過程中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，在紙帶上選取五個(gè)連續(xù)的點(diǎn)A、B、C、D和E，如圖6所示其中O為重物開始下落時(shí)記錄的點(diǎn)，各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別是31.4 mm、49.0

9、 mm、70.5 mm、95.9 mm、124.8 mm.當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭9.8 m/s2.本實(shí)驗(yàn)所用電源的頻率f50 Hz.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)圖6(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下點(diǎn)B時(shí)，重物下落的速度vB_m/s，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下點(diǎn)D時(shí)，重物下落的速度vD_m/s.(2)從打下點(diǎn)B到打下點(diǎn)D的過程中，重物重力勢能減小量Ep_ J，重物動(dòng)能增加量為Ek_.(3)由此得到的結(jié)論是_答案精析第5講實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)一、1.重力勢能動(dòng)能守恒mv22刻度尺3.想一想第(3)種方法其中，第(1)種方法是根據(jù)機(jī)械能守恒定律mghmv2得到的，而我們的目的是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，顯然不能用，根據(jù)這一定

10、律得到的結(jié)論再去驗(yàn)證之，因而不可取第(2)種方法認(rèn)為加速度為g，由于各種摩擦阻力不可避免，所以實(shí)際下落加速度必將小于g，而下落高度h是直接測量的，這樣將得到機(jī)械能增加的結(jié)論，有阻力作用機(jī)械能應(yīng)是減少的，故這種方法也不能用總之，本實(shí)驗(yàn)中速度看似有很多方法求得，但正確的只有一種，即從紙帶上直接求出物體實(shí)際下落的速度，而不能用理論值計(jì)算，同樣的道理，重物下落的高度h也只能用刻度尺直接測量，而不能用hgt2或h計(jì)算得到二、毫米刻度尺交流想一想不需要天平要驗(yàn)證的是mv2mgh或mvmvmgh，只需驗(yàn)證v2gh或vvgh，因此不需要測量重物的質(zhì)量m.課堂講義例1(1)ABD(2)底板要豎直，兩限位孔在一條

11、豎直線上給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電釋放重物(3)紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)有摩擦阻力和重物下落時(shí)所受空氣阻力小于所減少的重力勢能質(zhì)量和密度大一些的(4)一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜直線重力加速度g解析(1)選出的器材有：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(包括紙帶)、重物、毫米刻度尺，編號(hào)分別為：A、B、D.注意因mghmv2，故m可約去，不需要用天平(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝時(shí)，底板要豎直，兩限位孔在一條豎直線上這樣才能使重物在自由落下時(shí)，受到的阻力較小開始記錄時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，然后再釋放重物，讓它帶著紙帶一同落下(3)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因是紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)的摩擦阻力和重物下落時(shí)所受空氣阻力，使得重物獲得的動(dòng)能小于它所減少的

12、重力勢能為減小誤差，重物的質(zhì)量和密度應(yīng)選大一些的(4)描繪出來的h圖線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜直線，它的斜率即為重力加速度g.例2(1)1.911m1.89m(2)略大于見解析(3)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)重物減少的重力勢能等于其增加的動(dòng)能，即機(jī)械能守恒解析(1)重力勢能的減少量為EpmghOBm9.80.195 J1.911m J.重物下落到B點(diǎn)時(shí)的速度為vB1.944 m/s所以重物從開始下落到B點(diǎn)增加的動(dòng)能為Ekmv1.89m J.(2)略大于；由于空氣阻力和限位孔的摩擦阻力做功，將部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(3)從以上計(jì)算的數(shù)據(jù)得出：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)重物減少的重力勢能等于其增加的動(dòng)能，即

13、機(jī)械能守恒例3(1)60.00(答案在59.9660.04之間的，也正確)(2)(Mm)2(Mm)2mgs(3)Ek2Ek1解析(1)距離s80.30 cm20.30 cm60.00 cm.(2)由于擋光條寬度很小，因此可以將擋光條通過光電門時(shí)的平均速度當(dāng)成瞬時(shí)速度，擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測量，擋光時(shí)間t可從數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出因此，滑塊通過光電門1和光電門2的瞬時(shí)速度分別為v1、v2.當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)，系統(tǒng)的總動(dòng)能分別為Ek1(Mm)v(Mm)2；Ek2(Mm)v(Mm)2.在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量Epmgs.(3)如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)EpE

14、k2Ek1，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律對(duì)點(diǎn)練習(xí)1(1)A(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接了直流電重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)解析(1)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)中，由于重物要克服空氣阻力做功，從而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，選用密度大體積小的重物能減小空氣阻力的影響，從而減小誤差，A正確，B、D錯(cuò)誤；因驗(yàn)證量中都含有質(zhì)量，故不用測重物的質(zhì)量，C錯(cuò)誤(2)本實(shí)驗(yàn)使用的是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作原理，必須使用交流電源，而該同學(xué)采用的是直流電源；紙帶總長約1米左右，且盡可能在紙帶上多打一些點(diǎn)，所以應(yīng)讓重物緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，而該同學(xué)將重物放的位置離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)，故該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中存在的兩處明顯錯(cuò)誤或不當(dāng)?shù)牡胤绞牵捍螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器接了直流電；重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)2見解析解析(1)vB m/s0.978 m/svD m/s1.36 m/s(2)EpmghBD19.8(95.949.0)103 J0.460 JEkm(vv)1(1.3620.9782) J0.447 J.(3)在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)重物減少的重力勢能等于增加的動(dòng)能，即機(jī)械能守恒