8.5．实验：验证机械能守恒定律—人教版（2019）高中物理必修第二册课件(共40张PPT)

5．实验：验证机械能守恒定律 知识导图 核心素养 科学思维：掌握实验原理和方法，掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律，能对实验结果进行讨论及误差简单分析 科学探究：验证机械能守恒定律，熟悉瞬时速度的测量方法． 科学态度与责任：通过实验验证，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观 知识点一　实验思路 1．前提条件：机械能守恒的前提是“只有 或 做功”，因此研究过程一定要满足这一条件． 2．研究对象举例 (1)自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件． (2)物体沿光滑斜面下滑过程，满足 的条件． (3)用细线悬挂的小球摆动的过程满足 的条件． 重力 弹力 机械能守恒 机械能守恒 知识点二　物理量的测量 需要测量物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度这三个物理量．实验时，其实可以不测量物体的质量. 学习任务一　探究过程·获取数据 操作过程 1．安装置：将打点计时器固定在铁架台上，并用导线将打点计时器与交流电源相连接 2．打纸带：把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停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落．重复几次，打下3～5条纸带 3．选纸带：选取点迹清晰的纸带，在第一个点及距离第一个点较远的点上依次标上0、1、2、3 4．测距离：测出0到点1、点2、点3、…的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3… 注意事项 1．打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力． 2．重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料． 3．一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落． 4．测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn＝eq \f(hn＋1－hn－1,2T)，不能用vn＝eq \r(2ghn)或vn＝gt来计算． 【例1】　在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0、1、2、…、n.则： (1)如果用打出的点2到点6之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为____________________________________、 ______________________________________________、 ________________________________________________，必须计算出的物理量为____________________________________、________________________，验证的表达式为________． 点2到点6之间的距离h26 点1到点3之间的 距离h13　点5到点7之间的距离h57　 打下点2时纸带的瞬时速度v2 打下点6时纸带的瞬时速度v6　 mgh26＝eq \f(1,2)mveq \o\al(2,6)－eq \f(1,2)mveq \o\al(2,2)　 (2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是________(填写步骤前面的字母)． A．将打点计时器竖直安装在铁架台上 B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落 C．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验 D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带 E．选择一条纸带，用刻度尺测出重物下落的高度h1、h2、h3、…、hn，计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3、…、vn F．分别算出eq \f(1,2)mveq \o\al(2,n)和mghn，在实验误差范围内看是否相等 ADBCEF 【解析】　(1)要验证打出的点2到点6之间的纸带对应重物的运动过程中机械能是否守恒，应测出点2到点6的距离h26，要计算打下点2和点6时纸带对应的速度v2和v6，必须测出点1到点3之间的距离h13和点5到点7之间的距离h57，验证的表达式为mgh26＝eq \f(1,2)mveq \o\al(2,6)－eq \f(1,2)mveq \o\al(2,2). (2)实验操作顺序为ADBCEF. 变式训练1　 利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量重物由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h，某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案． A．用刻度尺测出重物下落高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度v. B．用刻度尺测出重物下落的高度h，并通过v＝eq \r(2gh)计算出瞬时速度v. C．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过h＝eq \f(v2,2g)计算出高度h. D．用刻度尺测出重物下落的高度h