人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律学案

8.5实验：验证机械能守恒定律

学习目标   

1.明确验证机械能守恒定律的基本思路并能进行相关量的测量.

2.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因．

【自主学习】

回顾：机械能守恒的条件是什么？它有哪些表达形式？

思考：举例我们熟知的运动中，哪些运动满足仅有重力做功？

【合作学习·难点探究】

任务一、借助自由落体运动来验证机械能守恒定律

1、实验原理和器材：

（1）选择开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内mghn＝mvn2，则机械能守恒定律得到验证．

（2）选取任取两点A、B.

如果在实验误差允许范围内mghAB＝mvB2－mvA2，则机械守恒定律得到验证．

（3）通过图像：若在实验误差允许范围内，图线是一条过原点且斜率为g的直线，则机械能守恒定律得到验证．

2、实验误差分析：

本实验的误差主要是纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差．

3、实验注意事项：

(1)安装打点计时器时，要使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力．

(2)应选用质量和密度较大的重物．

(3)实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落．

(4)本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m.

(5)速度不能用v＝gt或v＝计算，应根据纸带上测得的数据，用vn＝计算瞬时速度．

【例1】 某同学利用如图所示的实验装置“验证机械能守恒定律”．

(1)请指出该同学在实验操作中存在的两处错误：_________________________________ 

___________________________________

(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、电源、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是________

A.刻度尺　　　B.  天平(含砝码)

(3)打点计时器所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.0 kg，从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量ΔEp＝________J，此过程中重物动能的增加量ΔEk＝________J。

ΔEp________(选填“＞”“＝”或“＜”)ΔEk，这是因为______________________。

实验的结论是_____________________________________________。

若实验中所用电源的频率f<50 Hz，实验结果将会受到什么影响？________。

（4）根据以下方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2－h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒.请你分析论证该同学的判断依据是否正确.

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1．用如图所示实验装置验证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。图给出的是实验中获得的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示。已知m1＝50 g，m2＝150 g，则：(结果保留两位有效数字)

(1)从纸带上打下计数点5时的速度v＝________m/s。

(2)从打下第“0”点到打下第“5”点的过程中系统动能的增加量ΔEk＝________J，系统势能的减少量ΔEp＝________J。(当地的重力加速度g取10 m/s2.)

(3)若某同学作出v2­h图像如图所示，则当地的重力加速度g＝________m/s2.