实验：验证机械能守恒定律导学案 一轮复习

课题： 验证机械能守恒定律． 学习目标： 验证机械能守恒定律. 教学过程 一、自主先学 1.实验器材 铁架台(含铁夹)、 、交流电源及导线、纸带、复写纸片、 、重物(带纸带夹). 记录及整理 二、合作展学、点拨促学 知识点1：实验原理和实验操作 例1 [2017·天津卷] 如图所示,打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置验证机械能守恒定律. (1)对于该实验,下列操作中对减小实验误差有利的是 (填选项前的字母). A.重物选用质量和密度较大的金属锤 B.两限位孔在同一竖直面内上下对正 C.精确测量出重物的质量 D.用手托稳重物,接通电源后,撤手释放重物 (2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上,按正确操作得到了一条完整的纸带,由于纸带较长,图中有部分未画出,如图所示.纸带上各点是打点计时器打出的计时点,其中O点为纸带上打出的第一个点.重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出,利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有 (填选项前的字母). A.OA、AD和EG的长度 B.OC、BC和CD的长度 C.BD、CF和EG的长度 D.AC、BD和EG的长度 练1.(2016·北京高考)利用图实装置做“验证机械能守恒定律”实验． 1

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(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的________． A．动能变化量与势能变化量 B．速度变化量和势能变化量 C．速度变化量和高度变化量 (2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________． A．交流电源 B．刻度尺 C．天平(含砝码) (3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图实所示的一条纸带．在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC. 已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝________，动能变化量ΔEk＝________. (4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是________． A．利用公式v＝gt计算重物速度 B．利用公式v＝2gh计算重物速度 C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法 (5)某同学想用下述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v2­h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． 知识点2：数据处理与误差分析 例2[2017·长沙模拟] 用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律.已知打点计时器打点频率f=50 Hz. (1)实验中得到的一条纸带如图乙所示,打下的第一个点标记为O,选择点迹清晰且便于测量的连续5个点,标为A、B、C、D、E,测出A、C、E到O点的距离分别为d1=9.51 cm、d2=15.71 cm、d3=23.47 cm.重物质量为0.5 kg,当地重力加速度g=9.80 m/s.现选取重物在OC段的运动进行数据处理,则OC段重力势能减少量为 J,动能增加

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量为 J.(计算结果均保留两位有效数字) (2)实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量,关于这个误差,下列说法正确的是 (填选项前的字母). A.该误差属于偶然误差 B.该误差属于系统误差 C.可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差 D.可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差 (3)下列关于这一实验的实验误差的说法中正确的是 (填选项前的字母). A.重物质量的称量不准会造成较大误差 B.重物质量选用得大些,有利于减小误差 C.重物质量选用得较小些,有利于减小误差 D.纸带下落和打点不同步一定会造成较大误差 练2.在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图实­5­6所示．其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点．该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中(单位cm)． (1)这三个数据中不符合读数要求的是________，应记作________cm. (2)该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，则该段重锤重力势能的减少量为________，而动能的增加量为______，(均保留3位有效数字，重锤质量用m表示．)这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量________动能的增加量，原因是______________． 知识点3.同类实验拓展与创新 例3.[2017·西工大附中模拟] 某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图S6-9甲所示.在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B,滑块P上固定一遮光条,若光线被遮光条遮挡,光电传感器会输出高电压,两光电传感器采集数据后与计算机相连.滑块在钩码通过细线的牵引下向左加速运动,遮光条经过光电传感器A、B时,通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t 3

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变化的图像. (1) 实验前,接通气源,将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上,轻推滑块,当图乙中的 Δt1 (选填“>”“=”或“<”)Δt2时,说明气垫导轨已经水平. (2)用游标卡尺测遮光条宽度d,测量结果如图丙所示,则d= cm. (3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与钩码Q相连,钩码Q的质量为m.将滑块P由图甲所示位置释放,通过计算机得到的图像如图乙所示,若Δt1、Δt2和d已知,要验证滑块和钩码组成的系统机械能守恒,还应测出 (写出物理量的名称及符号). (4)若上述物理量间满足关系式 ,则表明在上述过程中,滑块和钩码组成的系统机械能守恒.(重力加速度为g) 练3.在“验证机械能守恒定律”的实验中,小明同学利用传感器设计实验,如图S6-8甲所示,将质量为m、直径为d的金属小球在固定的红外线计时器正上方一定高度 h处由静止释放,计时器能自动记录小球挡住红外线的时间t,改变小球下落高度h,进行多次实验.此方案验证机械能守恒定律方便快捷. (1)用螺旋测微器测小球的直径,测量结果如图乙所示,则小球的直径d= mm. (2)为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒,应作出 (填选项前的字母). A.h-t图像 B.h-图像 C.h-t图像 D.h-图像 (3)经正确的实验操作,小明发现小球的动能增加量总是稍小于重力势能减少量,你认为增加释放高度h后,两者的差值会 (选填“增大”“减小”或“不变”). 2 4

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三、总结悟学

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