2017-2018学年高中物理 第2章 能的转化与守恒 第3节 能量守恒定律教学案 鲁科版必修2

1、第1课实验：机械能转换和守恒的实验研究一、实验目的1.用打点计时器降下的纸带计算物体的运动速度和位移。探讨自由落体运动物体的机械能守恒。二、实验原理有两种茄子方案，用于使物体自由下落，在无视阻力的情况下探索物体的机械能守恒，探索物体的机械能守恒。(1)以物体下落的起点O为基准，测量物体下落到高度H时的速度大小V，如果mv2=mgh成立，就可以验证物体的机械能守恒。(2)测量物体下落高度H过程的初膜时速度v1，v2，关系MV22-MV12=MGH成立时测量物体的机械能守恒。三、实验设备铁架(含铁夹)电磁打点计时器、低压交流电流(4-6V)、重量、毫米刻度、磁带(含夹子)、复印纸、电线。四、实验阶

2、段1.安装装置：根据图231检查、调整后的打点计时器垂直固定在铁丝架上，连接电路。图2312.纸带：将纸带的一端用钳子固定在重物上，另一端通过打点计时器的极限孔，拿起纸带，将重物固定在接近打点计时器的地方。先打开电源，然后松开纸带，让重物随纸带自由下落。更换磁带，根据上述要求重复3-5次。3.选择磁带：有两种茄子情况。(1)选择痕迹明显、1、2点之间距离不超过2毫米的磁带。如果1，2点之间的距离大于2 mm，则首先松开磁带，然后打开电源。这样，第一点不是运动的起点，纸带第一点的动能不是零牙齿。原则性mgh=mv2不成立。(2)使用MGAH=mv B2-mv a2进行验证时，由于重力能量的相对性

3、，在处理磁带时选择适当的点作为基准点，皮带上1，2点之间的距离是否为2 mm并不重要，因此，如果后面的点积很明显，可以选择。4.测量距离：使用毫米刻度器测量从O点到1、2、3的距离.测量每个盘点点的距离，以与每个点的下落相对应的高度h1、H2、H3.在设计表格中填充每个点的高度。五、数据处理1.计算每个点的瞬时速度。记录第一个点的位置O，从磁带上与O点的适当距离开始选择几个盘点点1、2和3。测量每个盘点点到O点的距离。h1、H2、H3.使用统一变速直线运动公式Vn=计算1、2、2。2.实验验证：方法1:使用起点O和N个计数点分别计算每个点对应的重力能量和动能。如果起始点O的重力能量为零，则每个

4、计数点的重力能量为- mghn，其动能为mvn2，在实验误差允许的范围内，ghn=vn2，则会保留机械能。方法2:随机选择两点A，B以测量hAB，ghAB计算。如果重新计算VA、vB、VB2-VA2的值，并在实验误差允许的范围内计算GHAB=VB2-VA2，则会保留机械能。图232方法3:图像方法。在磁带上再选择几个计数点，测量从O点(起点)到其馀计数点的距离(物体下落的高度)H，计算每个点速度的平方v2，然后使用v2作为垂直轴，H作为水平轴，根据实验数据绘制v2h线。在允许误差范围内，如果图像通过原点且斜率为G的直线，则验证机械能守恒定律。六、错误分析1.系统误差：只有重力在物体上工作时，物

5、体的动能和重力能量可以徐璐转换，动能和重力能量的总和不变。但是实验不可避免地牙齿存在阻力(打点计时器和纸带之间的摩擦阻力、空气阻力等)，重物体的下落必须克服阻力，部分机械能转化为内部能量，下降的高度越大，机械能损失就越大，因此实验数据出现了与每个计数点对应的机械能依次减少的现象。改进的方法是改进设备，最小化阻力。2.偶然误差：测量长度时，测量和读数不会产生误差。减少误差的方法：(1)测量距离时，必须从起点o开始依次测量。多测几次，平均。打点计时器导致的错误：(1)交流的周期不稳定，因打点间隔变化而产生误差。(2)振动板的振动不均匀，打点太浅或太紧，造成误差。磁带放置方法错误，系数点选择错误，会

6、产生误差。七、注意事项1.如果最小化各种阻力，最小化实验误差，就可以采取以下措施。(1)物体选择体积小、密度高的锤，在纸带掉落之前保持垂直，努力减少系统误差。(2)打点计时器必须牢牢安装在铁架上，两个限制孔的中心线必须严格安装在同一垂直线上，以减少纸带的摩擦阻力。2.实验时，首先要打开电源，使打点计时器正常稳定工作，然后松开胶带，让重量东西掉了。3.测量纸带时，必须一次性测量每个盘点点到起点O的距离，不能分步测量。为减少测量值H的相对误差而选择的每个盘点点必须尽可能远离起点O。纸带也不会太长，有效长度可以在60 80厘米之间。4.无需测量物体的质量，只需验证ghn=vn2。5.不能将速度计算为

7、v=gt或v=。因为只要加速度为g，机械能就必须守恒。也就是说，用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，并且如果v=gt计算的速度大于实际值，就会得出机械能增长的错误结论，同样，重物落下的高度H只能直接用刻度测量，不能用h=GT2或h=。例1用下落法验证机械能守恒定律。(1)_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。A.打点计时器(包括磁带)；b .重物c .天平d .毫米刻度；e .停止表；f .汽车(2)打点计时器的安装要求是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(3)公式

8、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(4)实验中出现系统错误的主要原因是_ _ _ _ _ _ _ _重物所获得的动能通常是以_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(“大于”、“小于”或“等于”填充)减少的重力能量。要减少错误，请将挂在磁带下的重物_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(5)如果v2是垂直轴，h是水平轴，则根据实验数据，h线为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _解释 (1)用下落法验证机械能守恒定律时，重物体上的纸带下降，打点计

9、时器撞击纸带的点测量重物体的下落高度H，根据纸带在牙齿点计算出重物体的速度V，从而满足mv2=mgh，质量M牙齿不变，所以只要满足V2=GH就行了(2)打点计时器必须安装在稳定、垂直的铁架上，打点开始时必须先打开电源。纸带。(3)在恒定变速直线运动中，在一定时间内，中间瞬间的瞬时速度等于该期间的平均速度，即V=，因此，当物体自由下落时，可以使用VN=找出在任何点的瞬时速度。(4)系统误差的主要原因是纸带比由于摩擦作用而由重物体获得的动能减少的重力能量小。要减少误差，必须选择密度大、质量大的重物。(5)由于mv2=mgh，V2=GH，H线是通过原点的斜线，其倾斜角度表示重力加速度G。回答 (1)

10、ABD (2)稳定垂直地打开电源以松开磁带，(3) VN=(4)纸张摩擦阻力小于密度和质量(5)通过原点的斜线G例2(全国乙圈)一名学生用图233(a)所示的实验装置验证了机械能守恒定律。其中打点计时器的电源可以使用20 Hz、30 Hz、40 Hz的频率作为交流电源。图(b)中显示了纸带的一部分。图233牙齿学生在实验中没有记录AC的频率F，应该用实验数据和其他问题来估计条件。(1)在纸带上，如果可以确认重物体均匀快速下落，则可以使用F和图(B)中提出的物理量，写如下。打点计时器撞击B点时，重物落下的速度为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _，撞击C点时，重

11、物落下的速度为_ _ _ _ _ _ _ _。(2)S1=8.89厘米，S2=9.50cm厘米，S3=10.10cm厘米。当地重力加速度大小为9.80 m/s2，在实验中，重物体受重力约1%的平均阻力大小。由此推测，f为_ _ _ _ Hz。解析 (1)在加速重物均匀下落时，根据均匀变速直线运动的规律，VB=F (S1 S2)Vc=f (S2 S3)S3-S1=从2at2获得A=。(2)根据牛顿第二定律，mg-kmg=ma根据上述所有种类，f=赋值数据可以得到f40Hz。回答 (1) f (S1 S2) f (S2 S3) F2 (S3-S1)(2)40示例3使用气垫导轨验证机械能守恒定律，如

12、图234所示。图234(1)实验阶段：将气垫导轨放在水平桌子上，水平调整桌子高度不超过1米的导轨。使用光标卡尺测量灯光阻挡的宽度L=9.30mm。从导轨标尺中读取两个光电门中心之间的距离S=_ _ _ _ _ _ _ _ _ cm。将滑块移动到光电门1左侧某处，重量不移动时松开滑块，着陆前防护罩已经通过光电门2。(大卫亚设，美国电视电视剧)从数字计时器(图中未绘制)中分别读取通过光电门1和光电门2所需的时间T1和T2。用天平测量滑块和切块的总质量M，测量托盘和重量的总质量M。用表示直接测量量的字写表示下一个物理量的表达式。滑块通过光电门1和光电门2时，瞬时速度分别为V1=_ _ _ _ _ _

13、 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑球、阻挡条、托盘、重量)的总动能分别为ek1=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _滑块从光电门1移动到光电门2的过程中系统能量的减少量EP=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _(重力加速度为G)。(3)EP=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ u分析 (1)距离s=80.30cm-20.30cm=60.00cm(2)由于阻挡宽度小，因此可以将通过

14、光电门时的平均速度视为瞬时速度，阻挡条的宽度L可以用光标卡尺测量，阻挡时间 T可以由数字计时器读取。因此，滑块通过光电门1和光电门2的瞬时速度分别为V1=。V2=。滑块通过光电门1和光电门2时，系统的总动能分别为EK1=(m m) V12=(m m) 2。Ek2=(m m) v22=(m m) 2。滑块从光电门1移动到光电门2的过程中系统能量的减少量EP=MGS。(3)在误差容差范围内，EP=EK2-EK1可以视为验证了机械能守恒定律。答案 (1)60.00(答案介于59.96和60.04之间，准确)(2)(m)2(m m) 2 MGS (3) ek2-ek11.(多选)以下“机器能量守恒定律

15、验证”实验的实验误差和操作错误的说法中正确的是()A.锤的质量测量不准确会产生很大的误差B.锤的质量选择很大，有助于减少误差C.锤的质量选择很小，有助于减少误差。D.先松开纸带，扔下重物，启动打点计时器，会出大差错分析：在BD选择机器能量守恒定律验证实验中，我们只要比较GH和v2的值，就可以确定机械能守恒定律是否成立，与链球质量无关。所以选项A错了。如果锤的质量选择很大，则在锤落下时空气阻力可以忽略，有助于减少相对误差，因此选项B正确，选项C无效。先松开带子再打点，牙齿时纸带打第一点的初始速度已经不是0牙齿了。也就是说，打第一点的时候已经有了超动能，链球动能的增加比重，链球重力能量的减少量大，

16、出现了误差，选项D是正确的。验证机械能守恒定律的实验步骤如下：A.将打点计时器固定在铁丝上，用电线将打点计时器连接到低压交流电源B.让带重物的纸带穿过限制孔，用手拿纸带，尽量接近孙怡打点计时器C.松开磁带并打开电源D.为磁带更换、多次重复、测量选择明确的磁带E.用天平测量物体的质量m上述实验阶段的错误是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _和_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _解决方法：在步骤B中，要尽可能接近打点计时器，不要把手靠近打点计时器。步骤c必须先打开电源，然后松开磁带。步骤e冗余，不需要测量物体的质量。答案：B C E3.关于“机器

17、能量守恒定律验证”实验，下面列出了一些茄子实验步骤。A.用天平称重物和钳子的质量B.把重物拴在夹子上C.将纸带通过打点计时器，顶部用手拿，底部用捆重物的钳子夹住，然后向上拉纸带，将夹子固定在打点计时器附近D.将打点计时器连接到学生电源的交流输出部，并将输出电压调整为6 V(暂时不能通电)E.将打点计时器用铁夹固定在放在桌子边缘的铁架上，使两个限制孔位于同一条垂直线上F.选择磁带上的几个点以进行测量和数据记录G.用秒表测量重物的下落时间。H.打开电源，等待打点计时器作业稳定，然后释放磁带I .断电J.更换磁带，然后再次执行两个茄子实验。K.请从三个磁带中选择更好的。L.编写计算、结论、实验报告M

18、.删除导线和清理设备对于牙齿实验，上述步骤中不需要的是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _；正确的步骤顺序为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(以代表字母填充)。分析：根据实验原理和程序，可以知道不必要的A，G。正确步骤的有效顺序为e、d、b、c、h、I、j、k、f、l、m。答案：请参阅解决4.图235是验证机械能常数定律的实验装置示意图。现有器材有铁钳的铁架、电子打点计时器、纸带、带铁钳的重锤、天平。请回答以下问题：(1)为了完成牙齿实验，除了给定的记载外，需要的记载是(在填充正确选项之前字母)图235A.米B.计时器C.0至12v的直流电源供应器D.0至12v交流电源供应器(2)实验中