当前位置:首页 >> >>

【金版学案】2015-2016学年高中物理第7章第九节实验验证机械能守恒定律学案新人教版必修2_图文

第七章 第九节

机械能守恒定律

实验:验证机械能守恒定律

转动滚摆,将弦线均匀地绕在它的木轴上,这时软弹簧处于伸长状态,释放滚摆后,由 于弹簧的拉力,使滚摆飞速地旋转,待弹簧恢复到平衡位置时,由于滚摆转动的惯性,再一 次将弹簧拉长,如此反复地运动.找些器材动手做一做,并想一想其中的道理.

1.理解实验的设计思路,明确实验中需要直接测量的物理量. 2.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,能根据实验数据的分析得出实验结论. 4.能定量地分析实验产生的误差,并能采取措施尽可能减小误差.

1.本实验的目的是验证机械能守恒定律. 2.重物下落的高度等于纸带上某两点的距离. 3.根据纸带求速度: (1)测量瞬时速度更为简单而准确的方法是:做匀变速直线运动的纸带上某点的瞬时速 度,等于相邻两点间的平均速度. vA+vC (2)推导过程:由于纸带做匀加速运动,故有 A、C 之间的平均速度 vAC= . 2 又根据速度公式有 vB=vA+aΔ t,vC=vB+aΔ t,故有 vB-vA=vC-vB,即 2vB=vA+vC, 从而,vB=vAC.

1.为了进行“验证机械能守恒定律”的实验,有下列器材可供选用:铁架台,低压交 流电源,复写纸,纸带,秒表,低压直流电源,导线,电键,天平,重锤.其中不必要的器 材有:_____________;缺少的器材是:__________________________________________. 答案:秒表、低压直流电源、天平 打点计时器、刻度尺 2.在“利用重锤自由下落验证机械能守恒定律”的实验中,产生误差的主要原因是(D) A.重锤下落的实验高度大于测量值 B.重锤下落的实验高度小于测量值

C.重锤实际末速度 v 大于 gt(g 为重力加速度,t 为下落时间) D.重锤实际末速度 v 小于 gt 3.(多选)在本实验中,对于自由下落的重物,下列选择的条件哪种更为有利(CD) A.只要足够重就可以 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 4.在验证机械能守恒定律的实验中,关于某一点的速度能否根据 v=gt 或 v= 2gh来 求解? 答案:不能根据这两个公式来求,因为只要认为加速度为 g,机械能当然守恒,即相当 于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律.况且用 v=gt 计算出的速度比实际值大,会得出 机械能增加的结论,而因为摩擦阻力的影响,机械能应该减少.所以速度应从纸带上直接测 量计算,即根据匀变速运动的物体一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度 求解.本实验应用这种方法从纸带上求出速度,才是重物运动到该点时的实际速度. 5.在“验证机械能守恒定律”的实验中,质量 m=200 g 的重锤拖着纸带由静止开始下 落,在下落过程中,打点计时器在纸带上打出一系列的点.在纸带上选取三个相邻计数点 A、 B 和 C,相邻计数点间的时间间隔为 0.10 s,O 为重锤开始下落时记录的点,各计数点到 O 点 的距离如图所示,长度单位是 cm,当地重力加速度 g 为 9.80 m/s .
2

(1)打点计时器打下计数点 B 时,重锤下落的速度 vB=________(保留三位有效数字); (2)从打下计数点 O 到打下计数点 B 的过程中, 重锤重力势能减少量Δ Ep=________, 重 锤动能增加量Δ Ek=________(保留三位有效数学). 答案:(1)2.91 m/s (2)0.856 J 0.847 J 6.在用落体法验证机械能守恒定律的实验中: (1)所用重锤的质量 m=1.0 kg,打点计时器所用电源频率为 50 Hz,打下的纸带如图所 示(图中的数据为起始点 O 到该点的距离),则在打 B 点时,重锤的速度 vB=________m/s,重

锤的动能 EKB=________J,从开始下落到打 B 点,重锤的势能减少量是________J(取两位有效 数字).

(2)根据纸带算出各点的速度 v,量出下落距离 h,则以 v 为纵轴,以 h 为横轴,画出的 图线应是如图所示中的( )

2

1 xAB+xBC 解析:根据 v=v 得 vB= = 2 2T (50.2-18.6)×10 m/s≈0.79 m/s. 2×0.02 1 2 1 2 B 点的动能为 EkB= mvB= ×1×(0.79) J≈0.31 J. 2 2 重锤的势能减少量为 Δ Ep=mgh=1×9.8×32.4×10
-3 -3

J≈0.32 J.

1 2 2 2 因为 mgh= mv ,故 v ∝h,作出的 v -h 图线应为过原点的直线,正确的选项为 C. 2 答案:(1)0.79 0.31 0.32 (2)C 7.在“验证机械能守恒定律”的实验中,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/s ,测得所用重物的质量为 1.00 kg.甲、乙、丙三学生分别用同一装置 打出三条纸带,量出各纸带上第 1、2 两点间的距离分别为 0.18 cm、0.19 cm 和 0.25 cm.可
2

见 其 中 肯 定 有 一 位 学 生 在 操 作 上 有 错 误 , 错 误 操 作 是 __________________________________________________________. 若按实验要求正确地选出纸带进行测量,量得连续三点 A、B、C 到第一个点的距离如图 所示(相邻计数点时间间隔为 0.02 s).那么:

(1)纸带________端与重物相连; (2)打点计时器打下计数点 B 时,物体的速度 vB=________; (3)从起点 O 到打下计数点 B 的过程中重力势能减少量是Δ Ep=________, 此过程中物体 动能的增加量Δ Ek=________(取 g=9.8 m/s ); (4) 通 过 计 算 , 数 值 上 Δ Ep = ________ Δ Ek( 填 “>”“ = ” 或 “<”) , 这 是 因 为 _____________________________________; (5)实验的结论是_____________________________. 答案:丙同学测定的操作步骤中有错误.错误操作是先放开纸带后接通电源 (1)左 OC-OA (2) =0.98 m/s 2T (3)mg×OB=0.49 J 1 2 mvB=0.48 J 2
2

(4)> 在验证机械能守恒定律的实验中,误差的一部分来自于空气阻力及纸带和打点计 时器限位孔之间的摩擦,故重力势能的减少量应等于动能增加量和克服阻力做功之和,所以 此题在计算结果上肯定是重力势能减少得多,动能增加得少 (5)在实验误差允许范围内,机械能守恒 8.在用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中,得到如图所示的一条纸带.起始点 O 点到 A、B、C、D、E 各点的距离分别为 hA、hB、hC、hD、hE.如果重物的质量为 m,打点计时器 所用电源的频率为 f,则在打 B、D 两点时,重物的速度 vB=______.vD=________.如果选 择起始点的位置为零势能参考点,则在打 B、D 两点时重物的机械能 EB=__________,ED= ________,若 EB________ED,则说明重物在下落过程中机械能守恒.

hC-hA hC-hA 解析:vB= = ·f, 2T 2 hE-hC hE-hC vD= = f, 2T 2 1 2 EB= mvB+(-mghB), 2 1 2 ED= mvD+(-mghD), 2 若相等,则证明机械能守恒. hC-hA 答案: ·f 2 1 2 2 mf (hC-hA) -mghB 8 1 2 2 mf (hE-hC) -mghD 8 = hE-hC ·f 2