《實驗驗證機械能守恒定律》導學案

課時7.9實驗:驗證機械能守恒定律1.理解實驗的設計思路,明確實驗中需要直接測量的物理量。2.知道實驗中選取測量點的有關要求,會根據(jù)實驗中打出的紙帶測定物體下落的距離,掌握測量物體運動的瞬時速度的方法。3.能正確進行實驗操作,能夠根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的分析得出實驗結論。4.能定性地分析產(chǎn)生實驗誤差的原因,并會采用相應的措施減小實驗誤差。1.必須選擇一個符合機械能守恒的運動模型來驗證機械能守恒定律,本實驗選擇自由落體運動模型來驗證機械能守恒定律,是因為物體在自由落體運動過程中只有①做功,滿足②。2.按照教材要求,本實驗是驗證自由落體軌跡上開始點和其后任意點之間的機械能守恒,為此必須選擇物體初速度為③的點。為了計算物體減少的重力勢能,必須測量出物體④,對應的測量器材是⑤。為了計算出某時刻物體的動能,必須測量出物體在該時刻的瞬時速度,其計算公式為⑥。為了計算物體的動能和重力勢能,按理還需要知道物體的質量,但本實驗中可以不測物體的質量,原因是⑦。

3.實驗操作過程中,是先接通電源開始打點還是先放開紙帶?⑧。4.為了減小實驗誤差,應盡量減小重物下落時紙帶所受的阻力。因此重錘應選⑨(填“重”或“輕”)的,紙帶應⑩放置。盡管采取了上述措施,但由于阻力還是存在的,所以實驗中重力勢能的減少量應動能的增加量,這樣才是符合實際的。

主題1:實驗方案問題:閱讀教材“實驗方法”部分內容,完成下列問題。(1)本實驗需要哪些實驗器材?(2)簡述實驗步驟。(3)本實驗中要不要測量物體的質量?(4)若驗證12mv2=mgh,在紙帶上選點有什么要求?若驗證12mv22-12mv1(5)利用如圖所示的紙帶及其上面的信息,能夠求出哪個點的瞬時速度?其速度表達式是怎樣的?主題2:對實驗誤差的分析以及注意事項問題:圖示是某小組在“驗證機械能守恒定律”的實驗中選出的一條紙帶,其中O點為重錘下落的起點,A、B、C為三個計數(shù)點,打點計時器通以50Hz交流電,用最小刻度為1mm的刻度尺,測得OA、OB、OC的數(shù)據(jù)如圖所示。在計數(shù)點A和B之間、B和C之間還各有一個點,重錘的質量為1kg,取g=9.8m/s2。(1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算當打點計時器打到B點時,重錘的重力勢能比開始下落時減小了多少?這時重錘的動能是多少?(2)實驗中重物動能的增加量稍小于重力勢能的減少量,即ΔEk<ΔEp,請你分析實驗誤差的主要來源。1.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,下列物理量中需要用工具測量的有()。A.重錘的質量B.重力加速度C.重錘下落的高度 D.與重錘下落高度對應的重錘的瞬時速度2.下列關于“驗證機械能守恒定律”實驗的實驗誤差的說法中,正確的是()。A.重錘質量的稱量不準會造成較大誤差B.重錘質量選用得大些,有利于減小誤差C.重錘質量選用得小些,有利于減小誤差D.驗證起始點與其后任意點的機械能守恒時,若紙帶下落比打點早,會造成較大誤差3.圖示是用自由落體法驗證機械能守恒定律時得到的一條紙帶,我們選N點來驗證機械能守恒定律。下面舉出一些計算打N點時紙帶下落速度的方法,其中正確的是(T為打點周期)()。A.N點是第n個點,則vN=gnTB.N點是第n個點,則vN=g(n-1)TC.vN=xD.vN=d4.某同學為驗證機械能守恒定律,設計了如下實驗:A.用天平稱出重物的質量;B.把紙帶固定到重物上,并把紙帶穿過打點計時器,提升到一定高度;C.拆掉導線,整理儀器;D.斷開電源,調整紙帶,重做兩次;E.用秒表測出重物下落的時間;F.用毫米刻度尺測出計數(shù)點與起點的距離,記錄數(shù)據(jù),并計算出結果,得出結論;G.把打點計時器接到低壓交流電源上;H.接通電源,釋放紙帶;I.把打點計時器接到低壓直流電源上;J.把打點計時器固定到桌邊的鐵架臺上。上述實驗步驟中錯誤的是,可有可無的是,其余正確且必要的步驟按實驗操作順序排列是。(均只需填步驟的代號)

拓展一、實驗數(shù)據(jù)的處理1.某同學做“驗證機械能守恒定律”的實驗時,不慎將已選好的紙帶的前面一部分破壞了,剩下的一段紙帶上各相鄰點間的距離已測出并標在圖上。已知打點計時器的工作頻率為50Hz,重力加速度g取9.80m/s2,利用這段紙帶能否驗證機械能守恒定律?如何驗證?拓展二、創(chuàng)新實驗甲2.現(xiàn)要通過實驗驗證機械能守恒定律。實驗裝置如圖甲所示:水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌,導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊,其總質量為M,左端由跨過輕質光滑定滑輪的細繩與一質量為m的砝碼相連;遮光片兩條長邊與導軌垂直;導軌上B點有一光電門,可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t,用d表示A點到導軌底端C點的距離,h表示A與C的高度差,b表示遮光片的寬度,s表示A、B兩點間的距離,將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點時的瞬時速度。用g表示重力加速度。完成下列填空和畫圖。(1)若將滑塊自A點由靜止釋放,則在滑塊A運動至B的過程中,滑塊、遮光片與砝碼組成的系統(tǒng)的重力勢能的減少量可表示為,動能的增加量可表示為。若在運動過程中機械能守恒,1t2與s的關系式為1(2)多次改變光電門的位置,每次均令滑塊自同一點(A點)下滑,測量相應的s與t值,結果如下表示。12345s/m0.6000.8001.0001.2001.400t/ms8.227.176.445.855.431t2/(×104s1.481.952.412.923.39以s為橫坐標,1t2為縱坐標,在圖乙所示的坐標紙中描出第1和第5個數(shù)據(jù)點;根據(jù)這5個數(shù)據(jù)點畫直線,求得該直線的斜率k=×104。(乙由測得的h、d、b、M和m數(shù)值可以計算出1t2-s直線的斜率k',將k和k'進行比較,若其差值在實驗誤差允許的范圍內驗證機械能守恒定律實驗方法答案課時7.9實驗:驗證機械能守恒定律知識體系梳理①重力②機械能守恒③零④下落的高度h⑤毫米刻度尺⑥vn=hn+1-hn-12T⑦驗證的式子兩邊均有重物的質量m,因而可不具體測出m的大小,而將m重點難點探究主題1:(1)鐵架臺(帶鐵夾)、電火花打點計時器或電磁打點計時器;重錘(帶紙帶夾);紙帶(數(shù)條)、復寫紙片、導線、毫米刻度尺、低壓交流電源。(2)實驗步驟如下。①按照教材所示裝置安裝打點計時器;②將紙帶穿過打點計時器,下端與重物相連;③先接通電源后釋放紙帶;④更換紙帶重復以上步驟;⑤選擇紙帶處理數(shù)據(jù)。(3)本實驗可以不測量重物的質量。因為驗證機械能守恒定律的表達式12mv2=mgh和12mvB2-12mvA2=mg(4)驗證12mv2=mgh時,需要從重物下落的起始點開始算起,這時需要挑選第1、2點間距離接近2mm,驗證12mv22-12mv12(5)可求出B點的瞬時速度,即vB=v-AC=主題2:(1)由功的公式可得,打到B點時重錘重力勢能減小了ΔEpB=mgOB=1×9.8×17.69×10-2J=1.734J由平均速度的定義可得B點瞬時速度為vB=(25這時動能為12mvB2=12×1×1.8462J(2)實驗誤差分析:①本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(如空氣阻力、打點計時器阻力)做功,故動能的增加量ΔEk稍小于重力勢能的減少量ΔEp,即ΔEk<ΔEp,這屬于系統(tǒng)誤差。改進的辦法是調整器材的安裝,盡可能地減小阻力。②本實驗的另一個誤差來源于長度的測量,屬偶然誤差。減小誤差的辦法是測下落距離時都從O點量起,一次將各打點對應的下落高度測量完;或者多次測量取平均值來減小誤差?；A智能檢測1.C2.BD3.C4.E、IAJ、G、B、H、D、C、F全新視角拓展1.見解析【解析】能利用這段紙帶驗證機械能守恒定律。方法:以重物從3號點運動到6號點為研究過程,物體對應于3、6兩點的速度分別為:v3=x242tv6=x572t重物從3號點運動到6號點動能的增加量為:ΔEk=12mv62-12mv32=12m×1.732-12m×1.重物從3號點運動到6號點重力勢能的減少量為:ΔEp=mgh36=m×9.80×(2.49+2.81+3.26)×10-2≈0.839mJ比較ΔEk和ΔEp可知,重物動能的