人教版 (新课标)必修29.实验：验证机械能守恒定律学案

这是一份人教版 (新课标)必修29.实验：验证机械能守恒定律学案，共5页。学案主要包含了学习目标，自主导学，例题解析，课后测评等内容，欢迎下载使用。

1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度．
2．掌握验证机械能守恒定律的实验原理．
【自主导学】
1、必须选择一个符合机械能守恒的运动模型来验证机械能守恒定律，本实验选择自由落体运动模型来验证机械能守恒定律，是因为物体在自由落体运动过程中只____做功，满足____________。
2、按照书本要求，本实验是验证自由落体轨迹上开始点和其后任意点的机械能守恒，为此必须选择物体初速度为_______,判断开始点是否满足要求的依据是_____________,为了计算物体减少的重力势能，必须测量出物体__________________，对应的测量器材是___________。为了计算出某点时刻物体的动能，必须测量出物体在该时刻的瞬时速度，其计算公式为__________________，这是利用了什么原理？_________________。为了计算物体的动能和重力势能，按理还需要知道物体的质量，但本实验中可以不测物体的质量，其原因是_______ 。
3、实验操作过程中，是先接通电源开始打点还是先放开纸带？为什么？ _______ 。
4、为了减小实验误差，应尽量减小重物下落时纸带所受的阻力。因此重锤应选______（填重、轻），纸带应_______放置。尽管采取了上述措施，但由于阻力还是存在的，所以实验中重力势能的减小量应______动能的增加量，这样才是符合实际的。
【例题解析】
例题：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50Hz，测得当地的重力加速度g=9.8m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg，实验中得到一点迹清晰的纸带（如图），把第一点记作O，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到0点的距离分别为62.99cm,70.18cm,77.76cm,85.73cm,根据以上的数据，可知重物由0运动到C点，重力势能的减小量等于_______J,动能的增加量等于_______J。（取三位有效数字）
解析 重物从O点到C点下落高度h=0.7776m，△WP=mgh=
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：
vc=xBD/2t=(0.8537-0.7018)/(2×0.02)=3.898(m/s)
故ΔEk=mvc2/2=1.00×3.8982/2J=7.56J
拓展 有些认为动能增加量可以根据机械能守恒得到△Ek=0.762J，这样做犯了逻辑错误，因为实验目的就是要验证机械能是否守恒，验证过程中当然不能利用机械能守恒的结论。且实验中不可避免存在阻力，动能增加量不等于重力势能的减小量。
【反思】
【课后测评】
1、在本实验中，对自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利？（ ）
A、只要有足够重就可以
B、只要体积足够小就可以
C、既要足够重，又要体积非常小
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
2、在本实验中，有如下器材：A.打点计时器；B.低压交流电源（附导线）；C.天平（附砝码）；D.铁架台（附夹子）；E.重锤（附夹子）；F.纸带；G.秒表；H.复写纸。其中不必要的有________________；还缺少的是________________。
3、下列列出一些实验步骤：
A、用天平称出重物和夹子的质量
B、将重物系在夹子上
C、将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子静止在靠近打点计时器处。
D、把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6V（电源不接通）
E、把打点计时器用铁夹子固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一直线上。
F、在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据。
G、用秒表测出重物下落的时间
H、接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带
I、切断电源
J、更换纸带重新进行两次实验
K、在三条纸带中选出较好的一条
L、进行计算，得出结论，完成实验报告
M、拆下导线，整理器材
对于本实验以上步骤中，不必要的有_________；正确步骤的合理顺序是：________（填写代表字母）
4.在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图3所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2……为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为____ _____。在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为___ _____。要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_________号和第__________号计数点之间的过程为研究对象。
5、在验证机械能守恒定律的实验中，若以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2/2—h图线___________,才能验证机械能守恒定律；v2/2—h图线的斜率等于_________的数值。
6、在本实验中，由于在运动的初始阶段计时器打出的一些点子模糊不清，故必须选择比较清楚的点作为测量起点。今所选的测量范围的第1点在米尺上的位置为x1,第4点在米尺上的位置为x2，第7点在米尺上的位置为x3，第10点在米尺上的位置为x4，。若下落的物体质量为m，打点计时器每隔Ts打一点，则可利用上述数据求出物体从第4点到第7点一段过程中，势能的减少量是___________，动能增加量是______________。
7. 某次“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________________________。

收
获
疑
问