2019-2020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学案 粤教版必修2

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1、2019-2020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学案粤教版必修2一、学习目标1、知道机械能守恒的内容、条件。2、会根据要求设计实验二、学习重点难点体验实验的过程三、课前预习（自主探究）1.实验原理：在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转化，总的机械能守恒。设某时刻物体的瞬时速度为V，下落高度为h，则有：。利用打点计时器测出重物下落时某时刻的及下落的高度，即可验证机械能是否守恒。2.实验器材：打点计时器、、纸带、复写纸片、重物、、带有夹子的铁架台、导线。3.减小实验误差：应尽量减小重物下落时纸带所受的阻力。因此重锤应选______（

2、填重、轻），纸带应_______放置。4.(单选)关于“验证机械能守恒定律”的试验中，下列叙述正确的有（　）A．天平测出重锤质量B．采用直流低压电源C．先接通电源，后释放纸带D．测出重锤下落时间5.(单选)在“验证机械能守恒定律”的实验中，通过计算得到的有()A．重锤质量B．下落时间C．重锤的下落高度　D．与下落高度对应的重锤的即时速度四、课堂活动（1）小组合作交流知识点1创新实验方案设计图4-5-1验证机械能守恒定律的关键是在满足只有重力（或弹力）做功的前提条件，重力势能（或弹性势能）的变化同动能的变化在误差允许范围内相等，自由落体运动是最简单的机械能守恒问题。物体减小的重

3、力势能可以通过测量物体下落的高度差计算，再利用平均速度与中间时刻瞬时速度的关系计算瞬时速度和动能的改变量。除自由落体外，任何满足只有重力做功的情况机械能都是守恒的，因自由落体法阻力较大，且下落时间较短，不便观察。为提高实验精确度可以选择在气垫导轨上操作实验，如图4-5-1所示，滑块与气垫导轨间的摩擦力非常小，几乎为零，这样滑块在导轨上滑动时就等效为只有重力做功。我们只需要测出气垫导轨上的高度差就可测出重力势能的减小量，再利用光电门测出滑块的时间，利用平均速度与中间时刻瞬时速度的关系计算和的改变量。通过比较经过两个光电门时减少的重力势能和增加的动能即可验证机械能是否守恒。同理，

4、平抛运动等只要满足只有重力做功也可验证机械能守恒定律。重点归纳1.用气垫导轨验证机械能守恒定律(1)在该实验中选取气垫导轨、光电门、数字计时器等器材，如图4－5－1所示安装实验装置，图中m为滑块质量，l为挡光板长度，G1、G2为光电门．(2)将滑块从轨道上端某一处滑下，测出它通过光电门G1和G2时的速度v1和v2，可得到G1到G2这段位移中滑块的动能增量ΔEk＝mv－mv.(3)再算出G1到G2这段位移中滑块重力势能的减少量ΔEp，比较ΔEk和ΔEp，得到ΔEk＝ΔEp的结论，从而证明机械能守恒．2.利用平抛运动验证机械能守恒定律图4－5－2(1)运用如图4－5－2所示的装置

5、，让小球从光滑斜轨道的某一高度处由静止开始滚下．小球离开轨道时做平抛运动．(2)测出图中平台高度H、小球在光滑斜轨道上由静止开始滚下时离平台的高度h以及小球做平抛运动时的水平位移s.(3)由H＝gt2算出小球做平抛运动的时间，再由v＝算出小球离开轨道时的速度v.(4)比较mgh和mv2的大小，即比较gh和v2的大小，若gh＝v2，则可以验证机械能守恒．知识点2实验注意事项及数据分析误差分析及数据处理方法1．落体法验证机械能守恒定律的注意事项(1)安装打点计时器时，必须使穿纸带的两限位孔在同一竖直线上，以减少纸带和限位孔的摩擦．(2)纸带应保持竖直，平直不卷曲，避免人为增大摩擦

6、阻力．(3)纸带选取：点迹清晰、点成一线及第1、2点间间距接近2mm这样的纸带最合适．(4)测量下落高度时，必须从起点开始算．(5)实验中数据比较式为ghn和v，不需要进行物体质量的测量，物体的质量选取要尽量大些，以减小因摩擦造成的相对误差．(6)数据计算时，应注意重力加速度g取当地的值．(7)式子v＝是根据机械能守恒定律mgh＝mv2得到的，而我们的实验目的是验证机械能守恒定律，显然，运用该式求解速度不妥．(8)不能用公式v＝gt求物体下落速度．该式认为物体下落的运动加速度为g，而实际上在实验中不可避免地受到各种摩擦力的作用，如计时器的限位孔与纸带的阻力等．因此下落的加速度

7、必将小于g，而下落高度是直接测量值．这样得到的是机械能增加的结论，而有阻力作用时机械能应为减小的，故这种方法不能使用．(2)数据处理除了数学分析以外，还可以用作图法来进行处理．实验透视用自由落体和打点计时器验证机械能守恒定律图4-5-6【实验目的】验证节能守恒定律【实验原理】在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能守恒，若物体某时刻速度为v，下落高度为h，恒有：mgh=mv2/2图4-5-7故只需借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度，即可