1、 7.9实验：验证机械能守恒定律 第1课时训练案编写人：赵兰波 审核人： 审批人：【学法指导】1.认真阅读教科书，努力完成“基础导学”部分的内容；2.探究部分内容可借助资料，但是必须谈出自己的理解；不能独立解决的问题，用红笔做好标记；3.课堂上通过合作交流研讨，认真听取同学讲解及教师点拨，排除疑难；4.全力以赴，相信自己！学 习 目 标知识与技能过程与方法情感态度与价值观弄清实验目的，本实验是炎症性试验，目的是利用重物的自由下落验证机械能守恒定律进一步熟练掌握应用计时器打纸带研究物体运动的方法。培养学生的团队合作精神和协作意识，敢于提出与别人不同的意见学习重点1. 验证机械能守恒定律的实验原理
2、和步骤。2. 验证机械能守恒定律实验的注意事项。学习难点验证机械能守恒定律实验的注意事项。【学习过程】A组1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，需要直接测量和间接测量的数据是重物的（ ）A.质量 B.下落时间 C.下落高度 D.瞬时速度2.“验证机械能守恒定律”的实验方法是：根据纸带上某两点的距离等于重锤下落的高度，这样就可以得到重物下落过程中的_的变化.重锤的速度可以用大家熟悉的方法（即中间时刻的即时速度等于那一段的平均速度）从纸带测出，这样就知道了它在各点的瞬时速度，从而得到它在各点的_.通过比较_，就可以验证机械能是否守恒.3.在“验证机械能守恒定律”的实验中，某同学打出3条纸带A、B、
3、C，打点计时器周期为0.02 s，其中第1点到第2点之间的距离分别为da=1.0 mm，db=1.8 mm，dc=2.4 mm.你认为应选_条纸带进行数据处理较理想.其中_条是由于_原因造成的；_条是由于_原因造成的.5.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（ ）A.重锤下落的实际高度大于测量值B.重锤下落的实际高度小于测量值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gt6.下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是（ ）A.重锤的质量称量不准会造成较大的误差B.重锤的质量选用大些，有利于减小误差C.重
4、锤的质量选用小些，有利于减少误差D.先松开纸带让重物下落，再让打点计时器工作，会造成较大差错7.如图所示，是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带.我们选中N点，下面举出一些计算N点速度的方法，其中正确的是(相邻计数点时间间隔为T)（ ）A.若N点是第n个点，则vn=gnTB.若N点是第n个点，则vn=g(n-1)TC.vn=D.vn=8.处理电磁打点计时器所打出点的纸带时，常常采用“计数点”的办法，但在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，可以直接利用打点计时器所打出的纸带上的实际点迹，而不必采用选取计数点的办法.这其中的原因是_.9.下面列出“验证机械能守恒定律”实验的一些实
5、验步骤：A.用天平称重物和夹子的质量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6 V(电源不接通)E.把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上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的以上步骤中，不必要的有_；正确步骤的合理
6、顺序是_.B组1.某同学做“验证机械能守恒定律”实验时，不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏，剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出，如图5-9-2所示.已知接打点计时器的交流电源频率为50 Hz，取重力加速度g=9.8 m/s2，利用这段纸带能否验证机械能守恒定律?如能验证，说明验证方法.图5-9-22.在验证机械能守恒定律时，如果以v2为纵轴，以下落高度h为横轴，根据实验数据描出的v2h的图线应是怎样的曲线才能验证机械能守恒定律?图线斜率的物理意义是什么?3.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50 Hz，查得当地的重力加速度g=9.8 m/s2，测得所用的重
7、物的质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带，如图5-9-3所示.把第一个点记作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各点到O点的距离分别为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于_J，动能的增加量等于_J(取三位有效数字).图5-9-34.在“验证机械能守恒定律”的实验中，重物质量m=1 kg，纸带上打的点如图5-9-4所示，打点计时器外接50 Hz的低压交流电源.(1)纸带的哪一端与重物相连?(2)打点计时器打下B点时重物的速度是多少?(3)若取g=9.8
8、 m/s2，则从起点O到打B点的过程中机械能是否守恒?通过计算验证.图5-9-45.在利用重物做自由落体运动“验证机械能守恒定律”的实验中：(1)下列操作步骤中不必要和错误的是哪些?说明原因.A.电火花计时器接到220 V交流电源上B.用天平测出重物的质量C.在释放纸带的同时接通电源开关使纸带上打出点D.根据测量结果，计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能（2）利用这个实验也可以测出重锤下落的加速度a，如图595所示.根据纸带，选取连续打出的5个点A、B、C、D、E，测出点A距起始点O的距离为s0，点A和C间的距离为s1，点C和E间的距离为s2，使用的交流电频率为f,则根据已知的数
9、据和条件，可求得加速度a=_.图5-9-5(3)在“验证机械能守恒定律”的实验中发现，重锤重力势能的减少量总是大于其动能的增加量，主要原因是重锤在下落过程中存在着阻力作用.若已知当地重力加速度值为g，为求受到的阻力大小，还需要测量的物理量是_.试用题中的已知数据和还需要测量的物理量表示重锤在下落过程中受到的平均阻力大小.6.有位同学用落体法做“验证机械能守恒定律”的实验，他挑选一条第1、2两点之间的距离最接近2 mm的纸带进行处理.设第一个点为A，第n个点为B，测量出AB之间的距离为h，因为从开始下落到B点经过打点计时器的时间是(n-1)0.02 s，所以根据自由落体运动的规律得vb=gt=0
10、.02g(n-1).如果有mgh=mvb2，即可认为验证了机械能守恒定律.这位同学的验证思路对吗?7.在“验证机械能守恒定律”的实验中： (1)某同学用如图596甲所示装置进行实验，得到如图5-9-6乙所示的纸带.测得点A、C间的距离为14.77 cm，点C、E间的距离为16.33 cm.已知当地重力加速度为g=9.8 m/s2，重锤的质量为m=1.0 kg.则重锤在下落过程中受到的平均阻力大小Ff=_ (交流电频率为50 Hz).图5-9-6(2)某同学上交的实验报告显示重锤的动能略大于重锤的势能，则出现这一问题的原因可能是_(填序号).A.重锤的质量测量错误B.该同学自编了实验数据C.交流
11、电源的频率不等于50 HzD.重锤下落时受到的阻力过大8.在用落体法验证机械能守恒定律的实验中：(1)运用公式=mgh对实验条件的要求是_ ，为此目的，所选择的纸带1、2两点间的距离应接近_.(2)若实验中所用重锤的质量m=1 kg，打点纸带如图597所示.打点时间间隔为0.02 s，则记录B点时，重锤速度vb=_，重锤动能Ek=_，从开始下落起至B点重锤的重力势能减少量是_，由此可得出结论是_.图5-9-7(3)根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图象是图5-9-8中的（ ）图5-9-8参考答案A组：1.D 2. 重力势能 动能 某两点的动能的变化与势能
12、的变化的大小3. B A 打点计时器已开始打点，但纸带还未动 C 打点计时器还未打点，纸带已开始运动4.D 5.BD6.7. 解析：本题考查在验证机械能守恒定律的实验中速度的计算问题.计算速度时应根据中间时刻的即时速度等于那一段上的平均速度，在本题中，可以这样表示：vn=，正确选项为C.答案：C 8. 解析及答案：重锤做自由落体运动，加速度大，各点之间的距离较易测量，即便是下落的第1个T内位移也达到2 mm左右，完全可以用分度值是1 mm的刻度尺直接测量.9. 答案：AG EDBCHIJMKFLB组：1. 解析：能验证机械能守恒定律：选重物从第2点运动到第5点过程来研究，重力势能的减少量Ep=
13、mgh25=m9.80(3.2+3.6+4.0)10-2 J=1.06m J打第2点和第5点时重物的瞬时速度：v2= m/s=1.50 m/s，v5= m/s=2.075 m/s，动能的增量Ek=mv52-mv22=m(2.0752-1.502) J=1.03m J.在误差允许范围内，可认为Ep=Ek，机械能守恒.此题告诉我们验证机械能守恒定律的另一种方法，在纸带前面部分损坏或前面部分点迹不清晰时，只要后面部分点迹清晰，就可以采用此种方法.答案：能 验证方法见解析2. 解析：假定机械能是守恒的，则应有mgh=mv2，即v2与h成正比，故图线应是一条过坐标轴原点的直线.由mgh=mv2知，直线斜
14、率k=g，表示当地的重力加速度的值.答案：图线应是一条过坐标轴原点的直线 表示当地的重力加速度g的值3. 解析：C点到O的距离hc=77.76 cm，由此可知重力势能减少量为mghc=1.009.8077.7610-2 J=7.62 J.但不能错误地认为动能增加量也为7.62 J.需知验证机械能守恒的实验中，一不能运用机械能守恒；二即使算得了动能增量也不一定等于7.62 J.vc可用公式vc=来求，式中hBD=hD-hb=15.55 cm，T=0.02 s，得vc=10-2 m/s=3.89 m/s.动能增量为：mvc2=1.00(3. 89)2 J=7.57 J答案：7.62 7.574.
15、解析：（1）左端，因为重物与第一个点最近.（2）vb=10-2 m/s=0.98 m/s.（3）重锤重力势能的减少量为：Ep=mgh=19.85.0110-2 J=0.49 J重锤动能的增加量为：Ek=mvb2=10.982 J=0.48 J在实验误差允许的范围内，可认为Ep=Ek，机械能守恒.答案：（1）左端 （2）0.98 m/s （3）机械能守恒5. 解析：（1）B没有必要，因为不需要计算机械能的具体数值，只要v2=gh成立，就可验证机械能守恒.C错误，应先接通电源，然后放纸带，要待打点计时器工作稳定后放开纸带.（2）根据s2-s1=a(2T)2，得到a=，又a=，T=，联立解得a=.（
16、3）若已知当地重力加速度值为g，为求受到的阻力大小，还需要测量的物理量是重锤的质量m.设重锤受到的平均阻力为FF，由牛顿第二定律得：mg-FF=ma所以FF=m(g-a)=mg-.答案：（1）B没有必要，C错误；原因见解析（2）a=（3）重锤的质量m FF=mg-6. 解析及答案：这位同学用v=gt来计算B点通过打点计时器时重物的速度是不妥当的.因为从这个速度公式可以直接推导出机械能守恒的结论，设重物在t时间内的平均速度是，vb=gt=，vb2=gh，即mvb2=mgh.在验证某一个物理定律的实验中，用到一个可直接推导出该物理规律(即和该物理定律等价)的公式在逻辑上是不恰当的.根据匀速直线运动
17、某一段时间上的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度这一规律计算各点对应的瞬时速度，没有用到重力加速度g，所以在比较v2和gh的大小时，不存在逻辑上的问题.7. 解析：（1）由a=得a= m/s2=9.75 m/s2由牛顿第二定律有mg-Ff=ma所以平均阻力Ff=mg-ma=m(g-a)=1.0(9.8-9.75) N=0.05 N.(2)由题知mv2mgh即v2gh，与m无关，故A错误.因阻力是难免的，只会是EkEp，故自编实验数据是可能的，B正确.因计算速度的公式为vn=(sn+sn+1)，如果实际打点频率小于50 Hz，而计算时若仍按50 Hz计算，则会使速度偏大，造成动能大于势能的结
18、果，故C正确.阻力过大只会出现动能的增加量小于势能的减少量，故D错误.在“验证机械能守恒定律”的实验中，重锤在下落时受到的阻力主要来自两个方面：一是纸带与限位孔和振针间的摩擦力；二是下落过程中受到的空气阻力.故重锤下落时的加速度应小于重力加速度，我们通过实验数据可以求出平均阻力的大小.答案：(1)0.05 N(2)BC8. 解析：（1）实验条件：在打第一点时重物的速度为零(或初速度为零).物体自由下落时，在0.02 s之内的位移为h=gt2=9.8(0.02)2 mm2 mm.(2)vb= m/s=0.59 m/s，此时重锤的动能为Ek=mvb2=1(0.59)2 J=0.17 J，物体的重力
19、势能减小量为Ep=mgh=19.817.610-3 J=0.17 J.结论：机械能守恒定律得以验证.（3）由机械能守恒定律可知mgh=mv2，即验证机械能守恒定律成立，只需验证v2=gh即可.如以纵坐标，横坐标为h ,则图象应为过原点，且斜率为g的直线.故选C.本题涉及一种新的验证机械能守恒定律的方法，即图象法.以为纵坐标，以h为横坐标，如果-h的图象为一条过原点的直线，并且斜率k=g，则表明机械能守恒.图象法可以更形象、更明了地表示出物理量之间的关系，我们在学习中要熟练掌握这种方法.答案：（1）在打第一点时重物的速度为零(或初速度为零) 2 mm（2）0.59 m/s 0.17 J 0.17 J 结论：机械能守恒定律得以验证（3）C