8.5 实验：验证机械能守恒定律 （知识回顾+课堂练习+板书知识点 ）—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册讲义

实验：验证机械能守恒定律 知识回顾 1、机械能守恒定律：在只有重力 或 弹力 做功的物体系统 内，动能与势能 相互转化 时总的机械能不变 。 2、机械能守恒定律表达式：EP1+ EK1 =EP2 +EK2；也可以表示成 △E增= △E减 3、匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于这段时间内的 平均速度 4、动能：EK= 1/2mv2 ，重力势能EP= mgh 新课预习 一、实验思路 机械能守恒的前提是“只有 重力 或 弹力 做功”，想一想。满足这一条件的过程有哪些？自由落体、平抛、单摆、沿光滑斜面下滑 例：我们学过的只受重力作用的有哪些？ 自由落体 、 平抛 、 斜抛 等，你觉得哪一种运动容易操作且容易得到数据？自由落体 ，物体在运动过程中不仅受重力，还受其它力，但其它力不做功，你能找到这样的运动吗？ 单摆、沿光滑斜面下滑 确定运动后，要想得到结论，你觉得我们需要哪些数据？ 速度、运动距离 ；无论你采用哪种运动，我们最终要验证EP1+ EK1 = EP2 +EK2是否成立 二、参考案例：研究自由下落物体的机械能 结合教材分析需要的器材：铁架台、打点计时器 、纸带、复写纸、电源（电磁打点计时器：4-6 V交 流；电火花：220 V 交 流）、重物及 刻度尺 。 组装器材：自由落体发生在 竖直 （填“竖直”或“水平”）面内，因此，打点计时器的两限位孔要保证在 同一 竖直平面内，手要拿纸带的 上端 （填“上端”或“下端”），且要与两限位孔保持在 同一 竖直面内。 为了让运动更接近自由落体，需满足重力 远大于 （填“等于”“远大于”“远小于”）空气阻力，重物要选择密度 大，体积 小的重物。 操作过程中，重物要从 靠近 （填“靠近”“远离”）打点计时器处释放， 先 通电， 后 释放纸带。 数据处理：自由落体初速度为 零，那么如何确定所打纸带上的第一个点速度为零呢？（提示：h=1/2gt2） 头两点间距离约为2mm 如图为某条纸带，但前端部分点迹不清，若想证明机械能守恒，需选哪点为起点，哪点为末点？ B点为初位置，F为末位置 ，这两点速度怎么求呢？ vB=xAC/tAC；vF=xEG/tEG ( A B C D E F G ) 三、参考案例：研究沿斜面下滑物体的机械能守恒 结合教材分析一下需要哪些器材： 气垫导轨 、数字毫秒计、 滑块 、遮光条、气泵、电源及 刻度尺 。 本实验中，我们利用 气垫导轨 和 数字计时器 记录物体沿 光滑斜面 下滑的运动过程。气垫导轨上有很多 小孔 ，气泵送来的压缩空气从 小气孔 喷出，使得滑块运动时受到的阻力 很小 ，实验的精确度能大大提高。 实验操作中，把气垫导轨调成 倾斜 状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，重力势能 减小 ，动能 增大 。用光电门测量滑块的瞬时速度 ，测量滑块下降的高度△h 和 初、末速度，就可以验证机械能是否守恒。若遮光条宽度为d，通过光电门的时间为△t，则此时瞬时速度v= d/t ，若想瞬时速度更准确，则d 更小些（填“更大些”“更小些”）。 例：利用自由落体验证机械能守恒实验 （1）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是 A、B A、交流电源 B、刻度尺 C、天平（含砝码） （2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。 ( O A B C h A h B h C ) 已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化了多少？动能变化了多少？减少mghB，增加 m（hC-hA）2 （3）很多实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增量，你认为原因是什么？ 存在空气阻力和摩擦阻力的影响 知识要点——板书整理 实验：验证机械能守恒定律 一、原理：满足机械能守恒条件，常见的运动有自由落体 、 平抛 、单摆、沿光滑斜面下滑 二、验证：△EK= △EP 三、参考案例一：自由落体 1、器材：铁架台、 打点计时器 、电源（电磁： 4-6 V的 交 流；电火花： 220 V的 交 流）、纸带、复写纸、重物、 刻度尺 。 2、注意事项：（1）要保证两限位孔和纸带在 同一 竖直面内；（2）手要拿纸带的 上端 ，重物要从靠近 （填“靠近”“远离”）打点计时器处释放；（3）重物要选密度 大， 体积 小的；（4） 先 通电， 后 释放纸带；（5）选头两个点间距离约为 2 mm的纸带 3、数据处理：纸带上某点的速度：利用时间中点瞬时速度求解，即vt/2= x/t ；动能EK=