高中物理4.5验证机械能守恒定律学案粤教版必修

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1、§4.5验证机械能守恒定律【学习目标】一、知识与技能：1、知道机械能守恒定律的内容和意义．应向学生说明定律有两层意思：一是动能和势能可以相互转化，二是总机械能守恒．2、知道机械能守恒的条件：只有重力和弹力做功，只发生动能和势能的相互转化．3、通过验证机械能守恒定律进一步加深对机械能守恒条件的理解。二、过程与方法：1、通过这个开放型实验，了解对所学知识的掌握和灵活应用程度，了解对实验仪器的作用和使用的掌握情况．2、根据设计的实验方案，了解对机械能守恒条件的理解程度，学会怎样减小实验误差．3、通过实验，使学生学会处理和解决实际问题的一般思路和方法．三

2、、情感态度与价值观：1、通过这个开放型实验，培养创新意识和探索能力．2、通过汇报与交流，了解实验方案的不足，实际操作的不便，对实验方案和实验步骤进行改进，提高实验的准确性．【学习重点】1、验证机械能守恒定律的实验原理。2、验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法【知识要点】hhAhB图11．机械能守恒定律实验原理：在图1中，质量为m的物体从O点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点A和B的机械能分别为：EA=,EB=如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有EA=EB，即=图201234S1S2S3h1h2h3h4

3、上式亦可写成该式左边表示物体由A到B过程中动能的增加，右边表示物体由A到B过程中重力势能的减少。等式说明，物体重力势能的减少等于动能的增加。为了方便，可以直接从开始下落的O点至任意一点（如图1中A点）来进行研究，这时应有：----本实验要验证的表达式，式中h是物体从O点下落至A点的高度，VA是物体在A点的瞬时速度。2．如何求出A点的瞬时速度VA？根据做匀加速运动的物体在某一段时间t内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出A点的瞬时速度VA。6图2是竖直纸带由下而上实际打点后的情况。从O点开始依次取点1,2,3,……图中S1，S2，S3，……

4、分别为0～2点，1～3点，2～4点……各段间的距离。根据公式，t=2×0.02S(纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是0.02S),可求出各段的平均速度。这些平均速度就等于是1，2，3,……各点相对应的即时速度V1，V2，V3，…….例如：量出0～2点间距离S1，则在这段时间里的平均速度，这就是点1处的瞬时速度V1。依次类推可求出点2,3,……处的瞬时速度V2，V3，……。3．如何确定重物下落的高度？图2中h1,h2,h3,……分别为纸带从O点下落的高度。根据以上数值可以计算出任意点的重力势能和动能，从而验证机械能守恒定律。（二）实验过程：1

5、．该实验中选取被打点纸带应注意两点：一是第一点O为计时起点，O点的速度应为零。怎样判别呢？因为打点计时器每隔0.02S打点一次，在最初的0.02S内物体下落距离应为0.002m,所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近两年2mm的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点就是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔t=0.02S.2．因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量m，而只需验证就行了。3．打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量减少重物带着纸带下落时所受到的阻力作用。4．实验时，必须先接通电源，让打点计

6、时器正常工作后才能松开纸带让重物下落。5．测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能弄错。为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些。【典型例题】图8例1、请设计一个验证机械能守恒定律的实例分析：可利用自由落体运动，验证物体做自由落体运动时，机械能是否守恒。实验前必须熟练匀变速直线运动和自由落体运动的规律，必须熟练掌握利用打点计时器打在纸带上的点求物体瞬时速度的方法。解：实验目的：验证机械能守恒定律。实验原理：通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程中动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守

7、恒定律。实验器材：打点计时器、电源、纸带、复写纸片、重物、刻度尺、带有铁夹的铁夹台、导线两条实验步骤：①如图所示，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器；②用手握着纸带，让重物静止地靠近打点计时器，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列点。③6从几条打下点的纸带中挑选第一、二点间距离接近2mm且点迹清楚的纸带进行测量，测出一系列点到第一个点的距离，h1、h2……，可根据公式，计算物体在打下点1、2……时的瞬时的速度v1、v2……，计算相应的动能的增加值。④用刻度尺测量纸带从点O到点1、2……之间的距离h1、h2……，计算出相应

8、减少的重力势能。⑤实验的注意事项：a、打点计时器安装时，必须使纸带两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。b、实验时，需保持提纸带的手不