高中物理人教版 (新课标)必修28.机械能守恒定律学案设计

［典型例题解析］

【例1】 做“验证机械能守恒定律”的实验步骤有：

A.把打点计时器固定在铁架台上，并用导线将打点计时器接在低压交流电源上

B.将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提着纸带，让手尽量靠近打点计时器

C.松开纸带、接通电源

D.更换纸带，重复几次，选用点迹清晰且第1、2两点间距为2 mm的纸带

E.用天平称出物体的质量，利用mgh=mv2验证机械能守恒定律

在上述实验步骤中错误的是_____和_____.多余的是_____.

解析：本题答案分别为B、C和E.答案B中应让重物尽量靠近打点计时器，而不是手靠近.答案C中应先通电源，后放纸带，E中不需要称量物体的质量.

【例2】 某同学做“验证机械能守恒定律”实验，不慎将一条选择好的纸带的前面一部分破坏了，剩下了一段纸带上的各个点间的距离，他测出的结果如图7-8-3所示，已知打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g=9.8 m/s2.利用这段纸带说明重锤通过2、5两点时机械能守恒.

图7-8-3

解析：根据匀速直线运动某一段时间上的平均速度等于这段时间中间时刻的即时速度可分别求得2、5点的速度如下：

v2= m/s=1.50 m/s

vt= m/s=2.08 m/s

2、5两点间距离h25=（3.2+3.6+4.0） m=1.08×10-1 m

所以ΔEp=mgh25=m×9.8×1.08×10-1=m×1.06 J.

ΔEk=mv52-mv22=m(2.082-1.502)=m×1.03 J.

比较可得ΔEp和ΔEk近似相等，重锤减少的势能近似等于重锤增加的动能，可以认为机械能守恒定律成立.

【例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=9.80 m/s2.某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量出各计数点对应刻度尺上的读数如图7-8-4所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取出的计数点.根据以上数据，可知重物由O点运动到B   点时.

图7-8-4

（1）重力势能的减少量为多少？

（2）动能的增加量是多少？

（3）根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是    什么？

解析：（1）重力势能的减少量为：

ΔEp减=mghOB=m×9.8×0.195=1.911m.

（2）重锤下落到B点时的速度：

vB== m/s=1.944 m/s

所以重锤从开始到下落到B点增加的动能为：

ΔEk增=mvB2=m(1.944)2=1.89m.

（3）从（1）（2）中计算的数据得出在实验误差允许的范围内重锤减少的重力势能等于其动能的增加，机械能守恒.

重锤减少的重力势能略大于其增加的动能，原因：重锤在下落时要受到阻力.

规律总结

如何组装器材，哪些量先测，哪些量后测，……一个合理而有序的实验步骤，应以便于正确操作并提高效率为原则.

本实验是验证性的，并不需要知道动能和重力势能的具体数值，故不需要测出物体的质量.

本题考查对实验原理的理解能力以及灵活迁移运用能力.

机械能守恒的物理过程，在任何时刻（状态）机械能均守恒，由此只要任取两点对应的中间过程，都可以来验证机械能守恒  定律.

纸带部分破坏，不影响取点，进而仍可来验证机械能守恒   定律.

本题以课本实验为基础，考查了学生实验观察能力、数据处理及误差分析能力，理解实验原理是本题突破的关键.

“据纸带数据求得某点瞬时速度”是本实验数据处理的关键，也是今后有关对“利用纸带获取信息，处理问题”考查的热点，是注重能力考查的重要命题点.