高一物理必修2 验证机械能守恒定律

高一物理必修2 验证机械能守恒定律一、教材概述 本实验属验证型学生实验，实验目的是验证机械能守恒定律 用研究物体自由下落的运动来验证机械能守恒定律的原理是：忽略空气阻力，自由下落的物体在运动过程中机械能守恒即重力势能的减少等于动能的增加，设物体的质量为m，测出下落距离为h时的速度为v，则在误差允许范围内，由计算得出，机械能守恒定律即被验证 根据本实验的测算要求，实验中所需实验器材有：铁架台、铁夹、打点计时器、学生用低电源、纸带、重物、米尺、导线若干 本实验的实验目的就是通过使用打点计时器测算瞬时速度来验证机械能守恒定律本实验是让重物固定在纸带上，让纸带穿过打点计时器使重物在靠近计时器的地方从静止开始自由下落，计时器在纸带上打下一系列小点从纸带上可分析出重物下落距离分别为h1、h2、h3、时的速度v1、v2、v3、，若在实验允许误差范围内有，机械能守恒定律就被验证了 由于重物和纸带在下落过程中要克服阻力(主要是打点纸带所受到的阻力)做功，所以势能的减小量稍大于动能的增加量图7-10-1二、方法指导 1实验设备的安装 做好本实验的关健是尽量减小重物下落时纸带所受到的阻力，所以选择好实验设备和安装方式是减小阻力的有效方法电火花计时器比电磁打点时器对纸带的阻力小，用图7-10-2中的安装方式比用图7-10-1的安装稳定，纸带运动中的阻力也小2实验操作的步骤图7-10-2打点计时器纸带重锤铁架台桌子 (1) 安装时为使纸带受到的阻力尽可能小，打点计时器要安装的稳定，并且打点计时器平面在垂直方向如图7-10-2所示，可以让打点计时器紧靠铁架台或桌面 (2) 选择质量好的纸带，穿过打点计时器的两个限位孔，再把系有重物的夹子夹上先把纸带提到图示位置，先接通电源，再放开纸带，让重物牵引着纸带自由下落，即可在纸带上打出点迹 (3) 更换纸带，同样的再打几条以备选用 (4) 选取第1、2两点间距离接近2mm的纸带进行测量(5) 在起始点标上O，以后各依次标上1，2，3用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3、(6) 应用公式计算出各点的对就即时速度v1、v2、v3(7) 计算各点对应的重力势能减少量和动能增量进行比较 3实验操作的技巧 为减小纸带运动过程中的阻力，在释放纸带前，用手提住纸带的上端，可以稍微上下左右移动纸带，寻找一个手感阻力量小的位置，使纸带竖直且不与槽边接触再释放，这样的操作会使得到数据更理想 4纸带选取的要求 挑选纸带时要在点迹清晰的纸带中，再挑选出第一、二两点间的距离接近2mm的纸带进行测量 5实验数据的采集 在挑选出的纸带上，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4、并量出为到位置O的距离，这些距离就是物体运动到点1、2、3、4、时下落的高度h1、h2、h3、h4、根据在匀变速运动中，时间t内的平均速度等于该段时间中点时刻的瞬时速度，可算出点1到点3之间的距离等于，由算出平均速度就是物体下落到h2时的瞬时速度v2、，式中，纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是0.02s用这种方法计算出物体在打下点2、3、4、时的速度v2、v3、v4、 6实验数据的处理 把实验数据填入下表，也可以自己另行设计，算出重物运动到点2、3、4、时减少的重力势能、和增加的动能、根据机械能守恒定律，比较与，与，与，比较结果与理论上的是否一致？计算时g取当地的数值三、问题讨论 1为什么选用纸带应尽量挑选第1、2两点间的距离接近2mm的纸带？ 计时器每隔0.02s打一次点，自由落体运动在最初0.02s内下落的距离 如果纸带是在打第一个点时的瞬间开始下落，那么纸带每一、二两点间的距离应该为2mm，如果纸带是在打第一个点后某一时刻开始下落，那么第一个点与第二个点间的时间就没有0.02s，例如纸带是在打第一个点后0.005 s瞬间开始下落，那么第一个点与第二个点间的时间就只有0.02s0.005s =0.015s了，距离也就小于2 mm这样对h2、h3、h4、和v2、v3、v4、的计算都会产生影响，也就影响了最后的比较 2为什么可以不用测量重锤的质量？ 因为验证的是，也就是，所以重锤的质量不需要测出四、热点考题 (1996年全国高考试题)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50Hz，查得当地重力加速度g = 9.8m/s2，测得所用的重物的质量为m = 1.0kg实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点如图7-10-3所示，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm，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3位有效数字)01234ABCD图7-10-3解法提示 C点至O点的距离hc = 77.76cm =0.7776m，重物由O运动到C，重力势能减少J重物过C点的瞬时速度m/s重物由O到C增加的动能J第10课时 验证机械能守恒定律 (A) 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在进行验证机要能守恒定律的实验中，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器以及复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关，其中不必要的器材是_，缺少的器材是_ 3在“验证机械能守恒定律”的实验中，因为不要测重物的质量，是因为 ( ) A重物质量大小与实验的误差无关 B重物质量越小实验的误差越小 C重物质量越大实验的误差越大 D因为验证了，也就是验证了 4选择纸带时，较为理想的是 A点迹小而清晰的 B点迹粗的 C第1、2两点间的距离接近2mm的 D纸带长度较长的(60cm以上)5在验证机械能守恒定律的实验中，对于自由下落的重物，下列选择条件中可取的是 （ ）A选用重物时，重的比轻的好B选用重物时，体积小的比大的好C选定重物后，为计算其动能、势能的变化量，需要称出它的质量D重物所受重力应远大于它所受的空气阻力和纸带受到打点计时器的阻力 6电源的频率为50Hz，当地重力加速度m/s2，测得所用重物的质量是1.00kg，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0.18cm，0.19cm和0.25cm，可以看出其中一人在操作上有误，具体原因是_，选用第二条纸带，量得三个连点A、B、C到第一点的距离分别是15.55cm、19.20cm和23.23cm，当打点计时器打在B点时，重物重力势能减少量为_J，重物的动能是_J 7下列实验步骤中，不必要的步骤是_，正确步骤的合理顺序是_（填写代表字母） A用天平称出重锤和夹子的质量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D把打点计时器接在学生电源交流输出端，把输出电压调在6V（电源不接通）E把打点计时器用铁平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用秒表记录重物下落的时间H接通电源，释放纸带I断开电源J更换纸带，重新进行两次实验K在三条纸带中选出合适的一条L进行计算得出结论，完成实验报告M拆下导线，整理器材 8如图7-10-1所示的是在“验证机械能守恒定律”的实验中所选取的一条纸带，其中O为起始点，A、B、C为某三个连续的点迹，已知打点时间间隔，最小刻度为mm的直尺量得，假定上述数据并没有看错，则它们中不符合数据记录要求的是_段，正确的记录要求是_cm根据上述数据，当纸带OABC图7-10-1打到B点时，重锤的重力势能减少量为_J，动能的增加量为_J(已知重锤重量为m)第10课时 验证机械能守恒定律 (B)1在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，除铁架台、夹子、学生电源、纸带和重物外，还需要 （ ）A. 秒表 B. 刻度尺 C. 天平 D. 打点计时器 2在“验证机械能守恒定律”的实验中，由于摩擦阻力不可避免，则下列说法中正确的是 ( ) A重锤减小的重力势能一定等于增加的动能 B重锤减小的重力势能大于等于增加的动能 C重锤减小的重力势能小定等于增加的动能 D以上说法都不可能3关于学生实验“验证机械能守恒定律”的实验误差，下列说法中正确的是 ( ) A重锤的质量选择大些，有利于减小实验误差 B重锤的质量选择小些，有利于减小实验误差 C选用卷曲的纸带会造成较大的误差 D接通电源，纸带将要下落时，提纸带的手微微颤动，会造成较大的误差4在验证机械能守恒定律的实验中，下列说法中正确的是 （ ）A要用天平称重锤质量B实验时，当松开纸带让重锤下落的同时，立即接通电源C要选用第1、2两点接近2mm的纸带D实验结果是动能增加量略大于重力势能的减小量 5下列实验步骤中，合理的顺序是_(CBAEFDG) A把重物系在夹子上，纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系有重物体的夹子，让夹子靠近打点计时器 B把打点计时器接入学生电源交流输出端，输出电压调在6V C把打点计时器固定在铁架台上，使两个限位孔在同一直线上 D拆下导线，整理器材 E接通电源，释放纸带 F断开电源，更换纸带，再重复进行几次实验 G在几条纸带中选取最合适的一条，在纸带上选几个点，进行数据处理6在验证机械能守恒定律的实验中，若以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据画出的v2/2-h图线应是什么形状才能验证机械能守恒定律？图线的斜率表示什么？7在本实验中，所用电源的频率为50Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各记数点位置对应刻度尺上的读数如图8-10-2所示（图中O点是打点计时器的第一个点，A、B、C、D、E分别是每打两个点的时间作为计时单位取的记数点），试根据纸带求：（1）重锤下落的加速度；（2）若重锤质量为m，求重锤从起始下落至B点时，减少的重力势能；（3）重锤下落到B点时的动能；（4）从（2）（3）的数据可得出什么结论，产生误差的主要原因是什么？ABCDO图7-10-18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50Hz，查得当地的重力加速度g=9.8m/s2，实验中得到一条点迹清楚的纸带如图7-10-1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A、B、C、D各点到O的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm，根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能减少量等于_J，动能的增加量等于_J（取三位有效数字）在实验允许误差范围内，可认为重物下落过程中，机械能_（可设重物质量为m）9给你一架天平和一只秒表，你如何来估测用手竖直上抛小球时，手对小球所做的功？要求写出：（1）需测定哪些量，如何测量？（2）计算时所需关系式及最后所做功的表达式？第10课时 练习题(A) 1CD 2低压直流电源、天平、秒表 低压交流电源、重物、刻度尺、夹子 3D 4C 5ABD 6先释