第1章 第5节 科学验证：机械能守恒定律（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册（鲁科版2019）

第5节　科学验证：机械能守恒定律 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.理解机械能守恒定律的内涵． 2．能用机械能守恒定律解释生产生活中的相关现象，解决一些相关的实际问题，能体会守恒观念对认识物理规律的重要性． 3．具有与功和机械能相关的初步的能量观念． 1.能在熟悉的问题情境中运用机械能守恒定律解决问题时建构物理模型，会分析机械能守恒的条件． 2．能从机械能守恒的角度分析动力学问题，通过推理，获得结论． 3．能用与机械能守恒定律等相关的证据说明结论． 4．能从不同视角解决动力学问题． 1.能完成“验证机械能守恒定律”等物理实验． 2．能提出实验中可能出现的物理问题；能在他人的帮助下设计实验方案、获取数据；能分析数据、验证机械能守恒定律，能反思实验过程，尝试减小实验误差． 3．能撰写比较完整的实验报告，在报告中能呈现实验表格及数据分析过程，能尝试利用证据进行交流． 1.通过对机械能守恒定律的验证，能认识科学规律的建立需要实验证据的检验，有较强的学习和研究物理的兴趣． 2．能认识机械能守恒定律对日常生活的影响． [对应学生用书P26] 知识点一 机械能守恒定律 1.机械能 (1)定义：物体的动能与重力势能(弹性势能)之和称为机械能． (2)表达式：E＝Ek＋Ep． 2．机械能守恒定律❶ (1)内容：在只有重力或弹力❷这类力做功的情况下，物体系统的动能和势能相互转化，但机械能的总量保持不变． (2)条件：只有重力或弹力对物体做功． (3)表达式：mv＋mgh2＝mv＋mgh1或Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1. 1．通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化．(√) 2．通过弹力做功，动能和弹性势能可以相互转化．(√) 3．物体所受的外力不等于零，其机械能肯定不守恒．(×) 4．在一个运动过程中，既有重力做功，又有弹力做功，则系统的机械能一定不守恒．(×) 知识点二 验证机械能守恒定律 1.实验目的 (1)验证机械能守恒定律． (2)进一步熟悉打点计时器的使用． 2．实验器材 铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带、刻度尺、交流电源、天平、砝码． 3．实验原理与设计 让带有纸带的重物自由下落❸，利用打点计时器记录重物下落过程中的运动情况．选取纸带上的某点作为高度的起点，量出纸带上其他点相对该点的距离作为高度．用天平称出重物的质量，算出重物经过这些点的重力势能．再计算重物经过这些点的瞬时速度，算出动能．最后，通过比较重物经过这些点的机械能，得出实验结论． 4．实验步骤❹ (1)测质量：使用天平称出重物质量． (2)安装装置：按图甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好． (3)打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近．先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落．重复几次，得到3～5条打好点的纸带． (4)选纸带：取下纸带并选其中一个点作为参考点，设打该点时重物的重力势能为0，计算打该点时重物的动能，它就是重物下落过程中动能与重力势能的总和． (5)求机械能：分别计算纸带上其他各点对应的重物的动能和重力势能之和． 5．数据分析❺ (1)计算各点对应的瞬时速度：根据公式vn＝，计算出1、2、3…n点的瞬时速度v1、v2、v3…vn. (2)将测量的数据记入你设计的表格中，并分析数据，得出结论． (3)其他的验证方法 方法一：利用起始点和第n点． 如果在实验误差允许范围内ghn＝v，则机械能守恒定律得到验证． 方法二：任取两点A、B． 如果在实验误差允许范围内ghAB＝v－v，则机械能守恒定律得到验证． 方法三：图像法(如图所示). 若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律． 1．重锤的质量选用小些，有利于减小误差．(×) 2．先松开纸带让重物下落，再让打点计时器工作，会造成较大差错．(√) 3．在实验过程中需用秒表测出重物下落时间．(×) 批注❶：“守恒”是一个动态概念，指在动能和势能相互转化的过程中的任何时刻、任何位置，机械能的总量保持不变． 批注❷：这里的弹力应理解为与弹簧、弹性绳、弹性杆的弹性势能有关的弹力，或研究对象为一系统时，系统内的弹力． 批注：与运动方向和轨迹的曲、直无关． 批注❸：自由落体运动是只有重力做功的过程，我们通过研究自由落体运动中增加的动能和减少的重力势能是否相等来验证机械能守恒定律． 批注❹：实验注意事项 1．打点计时器安装要稳固，并使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力． 2．应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力的影响相对减小． 3．实验时，应先