第四章 第六节 验证机械能守恒定律（教师用书）-2022-2023学年新教材高中物理必修第二册【正禾一本通】同步课堂高效讲义（粤教版2019）

第六节　验证机械能守恒定律 【核心素养目标】 科学探究 能制订验证机械能守恒定律的实验方案，确定需要测量的物理量，学会正确使用实验器材获取数据，对数据进行分析后得出结论，与同学讨论并分析误差及产生的原因，并能用物理语言准确描述实验结论。 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。 一、实验要求 1．设计一种或几种能验证机械能守恒定律的实验方案。 2．选择一种可行的实验方案，进行实际操作。 3．撰写实验探究报告 实验探究报告的内容一般应包括实验日期、实验目的、实验器材与装置、实验原理与方法、实验过程与步骤、实验现象与数据、数据分析与处理、结论与问题讨论等。 二、实验设计参考方案 1．实验目的：利用重物的自由下落验证机械能守恒定律。 2．实验器材：铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、刻度尺、重物、纸带、电源等。 3．实验装置：如图所示。 实验装置示意图 4．实验原理：在只有重力做功的情况下，物体的动能和势能互相转化，但总的机械能保持不变。利用电磁打点计时器在纸带上记录物体从静止开始自由下落的高度h1，计算相应的瞬时速度vi，从而求出物体在自由下落过程中，重力势能的减少量ΔEp＝mghi与动能的增加量ΔEk＝mvi2。若ΔEk＝ΔEp成立，即mvi2＝mghi成立，即可验证机械能守恒定律。 由上式看出，只要测出下落的高度hi和对应的瞬时速度vi，再利用当地的重力加速度g的值，就能比较mvi2和mghi。由于只需验证mvi2和mgh是否相等，并不需要求出mvi2和mghi的值，故实验不需测量重物的质量m。 5．实验结果 (1)在实验得到的纸带中，选择一条点迹清晰且第一、第二点间距离接近2 mm的纸带，如图所示。把静止下落的起始点记为0，与0点相隔一段距离以后的各点依次记为1，2，3，…，用刻度尺测量对应的下落高度h1，h2，h3，…，记入表中。 实验纸带数据处理示意图 学生用书第117页 (2)用公式vi＝计算各点的瞬时速度v1，v2，v3，…，并记录在表中。 (3)计算各点重力势能的减少量ΔEp＝mghi和动能的增加量ΔEk＝mvi2，将计算数据填入表内，并比较ΔEk与ΔEp的值。 实验数据记录表 取点编号 1 2 3 4 5 各点到起始点的距离hi/m 各点的瞬时速度vi/(m·s－1) 重力势能的减少量ΔEp/J 动能的增加量ΔEk/J 6．误差分析 (1)偶然误差：测量长度时会带来误差。 减小偶然误差的方法： ①测距离时都应从第一个计数点0量起； ②多测几次取平均值。 (2)系统误差：实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量ΔEk必定稍小于重力做的功WG。 7．注意事项 (1)应尽最大可能减小各种阻力的影响，可采取如下措施： ①应选用质量和密度较大的重物，以减小空气阻力的影响。 ②打点计时器必须稳固安装在铁架台上，并且两个限位孔的中线要严格竖直，以减小纸带所受的摩擦力。 ③释放前将纸带拉至竖直且保证不与限位孔接触以减小纸带与限位孔间的摩擦力。 (2)实验时必须是先接通电源，打点计时器正常工作后再放开纸带让重物下落。 (3)各点的速度不能用v＝gt来求解。 类型一　教材原型实验 一、实验原理与操作 (2022·新乡高一检测)如图为验证“机械能守恒定律”的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题： (1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有 ________。(填入正确选项前的字母) A．刻度尺 B．秒表 C．0～12 V的直流电源 D．0～12 V的交流电源 (2)下面列举了该实验的几个操作步骤： A．按照图示的装置安装器材 B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上 C．用天平测出重锤的质量 D．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带，关闭电源。 E．测量纸带上某些点间的距离 F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 其中操作错误的步骤是 ________。 (3)实验中误差产生的原因有________________________________________________________________________________________________________________________________________________(写出两个原因)。 学生用书第118页 (4)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各