【同步備課】2020年高中物理學(xué)案(新人教必修二)7.9《實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》5

班級(jí)_________組別_________座號(hào)_________姓名_________一、試驗(yàn)?zāi)康?.用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。2.理解試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路,明確試驗(yàn)直接測量的物理量。3.生疏試驗(yàn)操作,能正確測量數(shù)據(jù),會(huì)求瞬時(shí)速度。4.把握試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法,能定性分析誤差產(chǎn)生的緣由。二、試驗(yàn)原理1.只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢能和動(dòng)能可相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能守恒。利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度h并計(jì)算出瞬時(shí)速度v，從而驗(yàn)證物體在自由下落過程中，重力勢能的削減量ΔEp＝mgh與物體動(dòng)能的增加量相等。2.測定某點(diǎn)瞬時(shí)速度的方法是：物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，在某時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度。三、試驗(yàn)器材鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、重物(帶紙帶夾子)、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、低壓溝通電源(4V～6V)三、試驗(yàn)器材鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、重物(帶紙帶夾子)、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、低壓溝通電源(4V～6V)四、試驗(yàn)過程1.試驗(yàn)步驟(1)安裝：按圖甲裝置豎直安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在低壓溝通電源上。(2)接電源、打紙帶：將長約1m的紙帶用小夾子固定在重物上后穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，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。接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)。換幾條紙帶，重復(fù)上面的試驗(yàn)。(3)選紙帶：選取點(diǎn)跡較為清楚的紙帶。選擇紙帶上第一個(gè)點(diǎn)及距離第一個(gè)點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)，并依次標(biāo)上0、1、2、3…。(4)數(shù)據(jù)測量：測出0點(diǎn)到點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3…的距離，即為對應(yīng)的下落高度h1、h2、h3…。2.數(shù)據(jù)處理(1)利用公式計(jì)算出點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3…的瞬時(shí)速度v1、v2、v3…。(2)要驗(yàn)證的是只需驗(yàn)證因此不需要測量重物的質(zhì)量m。(3)驗(yàn)證：通過計(jì)算，在誤差允許的范圍之內(nèi)與ghn是否相等或與ghmn是否相等。五、探究思考1.本試驗(yàn)中為什么選擇第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2mm的紙帶進(jìn)行測量？2.在得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，大部分同學(xué)得到的結(jié)論是：重物動(dòng)能的增加量稍小于重力勢能的削減量，即ΔEk＜ΔEp。請問這是怎樣造成的呢？3.請思考在試驗(yàn)時(shí)某點(diǎn)速度能用v=gt或計(jì)算嗎?【學(xué)問點(diǎn)撥】試驗(yàn)留意事項(xiàng)1.試驗(yàn)中應(yīng)盡可能把握試驗(yàn)條件，這就要盡量削減各種阻力，實(shí)行的措施有：(1)鐵架臺(tái)應(yīng)豎直安裝，可使紙帶所受阻力減小。(2)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。2.應(yīng)先接通電源讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開頭打點(diǎn)，再放開紙帶讓重錘下落。紙帶也不宜過長，其有效長度可在60cm～80cm之間。3.選取紙帶的原則(1)點(diǎn)跡清楚。(2)所打點(diǎn)呈一條直線。4.不需要測出物體的質(zhì)量，試驗(yàn)只需要驗(yàn)證就行了。5.測量下落高度時(shí)，為減小試驗(yàn)誤差，后邊的點(diǎn)應(yīng)距起點(diǎn)0較遠(yuǎn)，在測量各點(diǎn)到0點(diǎn)的距離時(shí)，應(yīng)當(dāng)用刻度尺從0點(diǎn)量起，一次性讀出各點(diǎn)到0點(diǎn)的距離。六、試驗(yàn)典例分析1、試驗(yàn)器材及誤差分析【典例1】如圖為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)裝置示意圖?，F(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平?；卮鹣铝袉栴}：(1)為完成此試驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器材有________。(填入正確選項(xiàng)前的字母)A.米尺B.秒表C.0～12V的直流電源D.0～12V的溝通電源(2)試驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的緣由有_________。(寫出兩個(gè)緣由)課后達(dá)標(biāo)·訓(xùn)練1.下列關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)的試驗(yàn)誤差與操作正誤的說法中,正確的是()A．重錘的質(zhì)量稱量不準(zhǔn)會(huì)造成較大的誤差B．重錘的質(zhì)量選用大些，有利于減小誤差C．重錘的質(zhì)量選用小些，有利于減小誤差D．先松開紙帶讓重錘下落,再讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作，會(huì)造成較大差錯(cuò)2.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中肯定不需測量或計(jì)算的物理量是()A．下落高度 B．瞬時(shí)速度C．重物質(zhì)量 D．時(shí)間3.某位同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)，下列操作步驟中錯(cuò)誤的是()A.把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線連接到低壓溝通電源B.將連有重錘的紙帶穿過限位孔，將紙帶和重錘提升到肯定高度C.先釋放紙帶，再接通電源D.更換紙帶，重復(fù)試驗(yàn)，依據(jù)記錄處理數(shù)據(jù)4.用如圖所示的試驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，試驗(yàn)所用的電源為同學(xué)電源，輸出電壓為6V的溝通電和直流電兩種.重物從高處由靜止開頭下落，重物上拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)的痕跡進(jìn)行測量，即能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.下面列舉了該試驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：A.依據(jù)圖示的裝置安裝器材；B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上；C.用天平測量出重物的質(zhì)量；D.釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)接通電源開關(guān)打出一條紙帶；E.測量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離；F.依據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重物下落過程中削減的重力勢能是否等于增加的動(dòng)能.指出其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E，將其選項(xiàng)對應(yīng)的字母填在下面的橫線上，并說明其緣由：____________________________________________________________________________________________________________.5.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中有如下可供選擇的器材：鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫紙、紙帶(帶夾子)、低壓直流電源、天平、秒表、導(dǎo)線、開關(guān)。其中不必要的器材是_________________________________，缺少的器材是______________________________。6.(2022·揚(yáng)州高一檢測)在用重錘下落來驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí)，某同學(xué)依據(jù)正確的操作選的紙帶如圖所示。其中O是起始點(diǎn)，A、B、C、D、E是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的5個(gè)點(diǎn)，打點(diǎn)頻率為50Hz，該同學(xué)用毫米刻度尺測量O到A、B、C、D、E各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中(單位：cm)(1)這五個(gè)數(shù)據(jù)中不符合讀數(shù)要求的是________(選填“A”“B”“C”“D”或“E”)點(diǎn)讀數(shù)。(2)該同學(xué)用重錘在OC段的運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，OC距離用h來表示，他用vC=計(jì)算與C點(diǎn)對應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度，得到動(dòng)能的增加量，這種做法___________(選填“對”或“不對”)。(3)若O點(diǎn)到某計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離用h表示，重力加速度為g，該點(diǎn)對應(yīng)重錘的瞬時(shí)速度為v，則試驗(yàn)中要驗(yàn)證的等式為_________。(4)若重錘質(zhì)量m=2.00×10-1kg，重力加速度g=9.8m/s27.某次“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中，用6V、50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條無漏點(diǎn)的紙帶，如圖所示，O點(diǎn)為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)為A、B、C、D，各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的長度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為1kg。(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重錘下落的速度vB=_______m/s，重錘的動(dòng)能EkB=_______J。(2)從開頭下落算起，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢能減小量為_______J.(3)依據(jù)紙帶供應(yīng)的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開頭到打出B點(diǎn)的過程中，得到的結(jié)論是__________________。8.用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)中：(1)運(yùn)用公式對試驗(yàn)條件的要求是_____________________________，為達(dá)到此目的，所選擇的紙帶第1、2兩點(diǎn)間的距離應(yīng)接近________。(2)若試驗(yàn)中所用重錘的質(zhì)量m＝1kg，打點(diǎn)紙帶如圖所示，打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，則記錄B點(diǎn)時(shí)，重錘的速度vB＝_______m/s，重錘的動(dòng)能Ek＝_______J，從開頭下落起至B點(diǎn)重錘的重力勢能削減量是_____