高中物理第四章机械能和能源第五节验证机械能守恒定律检测粤教必修2

验证机械能守恒定律1实验时，计时器电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重锤的质量为1.00 kg，甲、乙、丙三位同学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1.8 mm、1.9 mm、2.5 mm.可以看出其中肯定有一个学生在操作上有错误，这位同学是__________，操作错误是__________．若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续3点A、B、C到第1点的距离分别是AO＝15.55 cm，BO＝19.20 cm，CO ＝23.30 cm，计时器打下B点时，重锤重力势能的减少量为______ J，重锤增加的动能是________ J.2在用“落体法”验证机械能守恒定律的实验中：(1)所用重锤的质量m＝1.0 kg，打点计时器所用电源频率为50 Hz，打下的纸带如图所示(图中的数据为从起始点O到该点的距离)，则在打B点时，重锤的速度v B＝__________ m/s，重锤的动能E kB＝__________J，从开始下落到打B点时，重锤的势能减少量是__________J(取两位有效数字)．(2)根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以v2为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是下图所示中的( )3(2010临沂卧龙学校高一期中)一个物体由H高处自由下落，设地面为参考平面，当物体的动能和重力势能相等时，则物体所经历的时间为______．4在利用打点计时器验证自由下落的物体机械能守恒的实验中，设物体在打O点时释放．打点计时器打A点时物体速度为v，如图所示．一同学在实验报告中填写如下：v ＝2.36 m/s ，h ＝27.73 cm ，v22＝2.785 m 2/s 2，gh ＝2.718 m 2/s 2由以上数据说明在误差范围内两者相等，故机械能守恒．教师批阅：“数据非实验所得！”老师作此批阅的理由是______________________________________________________．5(2009广州高一检测)(1)为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：A ．铁架台B ．打点计时器C ．复写纸D ．纸带E ．低压交流电源F ．天平G ．秒表H ．导线I ．电键 K ．米尺(1)上述器材不必要的是______(只填字母代号)，缺少的器材是______．(2)实验中下列物理量中需要直接测量的量有______，通过计算可得到的量有______(填字母序号)．A ．重锤质量B ．重力加速度C ．重锤下落的高度D ．与下落高度相应的重锤的瞬时速度(3)质量m ＝1 kg 的重锤自由下落，在纸带上打出一系列的点如图所示，O 为第一个点，A 、B 、C 为相邻的点，相邻计数点的时间间隔为0.02 s ，长度单位是cm ，取g ＝9.8 m/s 2，求：a ．打点计时器打下计数点B 时，物体的速度v B ＝______ m/s(保留两位有效数字)；b ．从点O 到打下计数点B 的过程中，物体重力势能的减少量ΔEp ＝______ J ，动能的增加量ΔEk ＝______ J(保留两位有效数字)．6交流电的频率如果不是50 Hz ，也会给本实验带来误差．试就f ＜50 Hz 和f ＞50 Hz 两种情况，讨论实验结果将出现的偏差．7为了测定一根轻弹簧压缩至最短时能储存的弹性势能大小，可以将弹簧固定在一带有凹槽轨道一端，并将轨道固定在水平桌面边缘上，如图所示．用钢球将弹簧压缩至最短，最后突然释放，钢球将沿轨道飞出桌面，实验时，(1)需要测定的物理量为______________________________________________． (2)计算弹簧最短时弹性势能的关系式是__________________________________． 8在验证机械能守恒的实验中，已知打点计时器打点间隔为T ，某一组同学得到了一条如图所示的纸带，在填写实验报告时甲、乙两个同学选择不同的数据处理方法：甲同学测出了C 点到第一点O 的距离h OC ，利用v2C ＝2gh OC 计算得到了C 点的速度，然后验证mgh OC 与12mv2C 相等．乙同学测出了A 、B 、C 、D 各点到第一点O 的距离h A 、h B 、h C 、h D ，利用v B ＝hC －hA 2T 、v C ＝hD －hB 2T 计算B 、C 点的速度，然后验证了mg(h C －h B )与12mv2C －12mv2B 是否相等．请你对甲、乙两位同学的做法逐一分析，不合理之处提出完善方法．参考答案1解析：重物在第一个0.02 s 内下落的高度大于2 mm ，说明打点计时器打下第一个点时重物已具有初速度．答案：丙 先放开纸带后接通电源 1.88 1.84 2解析：根据v t 2＝v 得v B ＝xAB ＋xBC 2T＝－－32×0.02m/s ＝0.79 m/sB 点的动能为E kB ＝12mv2B ＝12×1×(0.79)2J ≈0.31 J重锤的势能减少量为ΔE p ＝mgh ＝1×9.8×32.4×10－3J ≈0.32 J因为mgh ＝12mv 2，故v 2∝h ，作出的v 2h 图线应为过原点的直线，正确选项为C.答案：(1)0.79 0.31 0.32 (2)C3解析：由12mv 2＋12mv 2＝mgH 得物体的动能和重力势能相等时物体的速度v ＝gH ，又因v ＝gt ，所以t ＝vg＝H g. 答案：H g4解析：在本实验中，由于空气阻力、摩擦力不可避免，所以重力势能的减少量大于动能的增加量，或者说物体下落的实际加速度a ＜g ，所以实验所测数据的实际结果应是12v2＜gh.而不是这位同学的12v 2＞gh.(这也是本实验中为什么不用v ＝gt 来计算瞬时速度的原因所在．) 答案：见解析5解析：(1)要验证mgh ＝12mv 2，即gh ＝12v 2，不需测量m ，不需要用天平， h 用刻度尺测量，不需要秒表，另外还缺少重锤．(2)能用器材直接测量的量有物体下落高度h ，再经计算可测量得到对应h 的速度大小． (3)v B ＝hOC －hOA 2T ＝0.97 m/s ，ΔEp ＝mgh OB ＝0.48 J ，ΔEk ＝12mv2B ＝0.47 J.答案：(1)F 、G 重锤 (2)C D (3)0.97 0.48 0.476解析：当f ＜50 Hz 时，实际打点周期大于0.02 s ，利用v n ＝hn ＋1－hn －12T 时仍用0.02 s 计算速度，使计算得到的动能偏大，有可能出现ΔEk ＞ΔEp 的情况．当f ＞50 Hz 时，实际打点周期小于0.02 s ，计算速度时仍用0.02 s 求，使计算得到的动能偏小，使ΔEk ＜ΔEp 的误差更大．答案：见解析7解析：(1)需要测定的物理量有：钢球质量m 、桌面高度h 、钢球落点与飞出点的水平距离s.(2)弹簧最短时的弹性势能全部转化为钢球平抛时的初动能，Ep ＝12mv20，而根据平抛运动规律有：h ＝12gt 2，s ＝v 0t 得，v 0＝s2hg，故Ep ＝12mv20＝mgs24h .答案：(1)钢球质量m 、桌面高度h 、钢球落点与飞出点的水平距离s (2)Ep ＝mgs24h8解析：本题主要考查学生对验证机械能守恒定律实验原理的理解．甲同学选择从O 到C 段验证机械能守恒，计算C 点的速度用v2C ＝2gh OC 的话，犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误．计算v C 可以选择v C ＝hD －hB 2T .乙同学选择了从B 到C 段验证机械能守恒，由于B 、C 较近，可造成误差偏大，可选择BD 段相对较为合适．答案：见解析。

2020-2021学年高中物理第四章机械能和能源第5节验证机械能守恒定律教案粤教版必修2年级：姓名：验证机械能守恒定律教学目标一、知识目标1.学会以“自由落体运动”为例，利用打点计时器验证机械能守恒定律的方法。

包括实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤、数据处理的方法和注意事项以及误差分析等。

二、核心素养目标1．学会自我学习，通过视频和模拟实验的学习，完成验证实验过程。

2．学会团队合作，通过小组合作学习提高实验操作的效率和准确率。

3．学会采集和处理数据的能力，树立“实践是检验真理唯一标准”的科学观。

4．培养学生珍惜能源爱护环境的的环保意识。

5．渗透感恩与爱的教育。

教学重点以“自由落体运动”为例，利用打点计时器验证机械能守恒定律。

教学难点数据处理的方法教学策略学生在前面已经做过《练习使用打点计时器》和《探究自由落体运动》这两个实验，这节课是以“自由落体运动”为例，利用打点计时器验证机械能守恒定律，实验操作和《探究自由落体运动》大同小异，因此这节课的重点不是实验操作，而是数据处理的方法。

课堂上我通过计算机模拟实验复习实验的操作过程，而不再进行实际实验操作，既让学生巩固实验操作过程，又能留下更多的时间给学生去学习数据处理的方法。

物理教学、特别是物理实验教学，必须是以事实为基础，我们不能给学生一段“虚拟的纸带”去学习。

因此课前我通过实验打出了很多条比较准确的“纸带”，把这些真实实验的“纸带”发给学生进行学习。

本堂课通过“模拟实验”、“微课视频”和“真实实验”相结合，大大提高了课堂容量和教学效率。

教具准备电脑模拟实验软件教学视频实验装置1套教学过程预设一、导：1．机械能守恒定律的内容及其条件是什么？2．做自由落体运动的物体，是否符合机械能守恒的条件？ 3．如何验证做自由落体运动的物体，机械能是守恒的？二、思 学生带耳机自主学习。

通过操作模拟实验和观看教学视频学习。

每组4位同学，每位同学分配看其中一个教学视频，不需要看完全部的教学视频。

第五节 验证机械能守恒定律一、实验目的1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。

2．掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。

二、实验原理让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒：1．以物体下落的起始点O 为基准，测出物体下落高度h 时的速度大小v ，若12mv 2＝mgh成立，则可验证物体的机械能守恒。

2．测出物体下落高度h 过程的初、末时刻的速度v 1、v 2，若关系式12mv 22－12mv 12＝mgh成立，则物体的机械能守恒。

三、实验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。

四、实验步骤1．安装置：按图4­5­1将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。

图4­5­12．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。

先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。

更换纸带重复做3次～5次实验。

3．选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2 mm 的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2 mm 的第一个点作为起始点，记作O ，在距离O 点较远处再依次选出计数点1、2、3…4．测距离：用刻度尺测出O 点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h 1、h 2、h 3… 五、数据处理1．计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O ，在纸带上从离O 点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…并测量出各计数点到O 点的距离h 1、h 2、h 3…再根据公式v n ＝h n ＋1－h n －12T，计算出1、2、3、4、…n 点的瞬时速度v 1、v 2、v 3、v 4、…v n 。

2．机械能守恒验证方法一：利用起始点和第n 点。

从起始点到第n 个计数点，重力势能减少量为mgh n ，动能增加量为12mv n 2，计算gh n 和12v n 2，如果在实验误差允许的范围内gh n ＝12v n 2，则机械能守恒定律得到验证。