第1章 第5节 第2课时 实验：验证机械能守恒定律（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第二册（鲁科版2019）

实验：验证机械能守恒定律 (实验课—基于经典科学探究) 第2课时 一、实验装置 二、实验原理 实验装置如图所示。让带有纸带的重物自由下落，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。 一、实验步骤　 1．使用天平称出重物质量。 2．纸带一端吊重物，另一端穿过打点计时器。手提纸带，使重物靠近打点计时器并静止。接通电源，松开纸带，让重物自由落下。 3．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。 4．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。 三、注意事项　 1．应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有： (1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，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，使空气阻力减小。 如图所示为小明同学做“验证机械能守恒定律”实验得到的纸带。他测出了起始点O到各个点的高度h，计算出打各点的速度v。 [关键点反思] 1．如何验证机械能守恒定律？ 提示：比较任意两点的机械能是否相等。 2．图像法是验证物理规律的重要方法之一。实验中各点的速度与其到起始点的高度相关，能否通过速度与高度的关系图像来验证？若能，则图像的横、纵坐标应表示什么物理量？ 3．验证机械能守恒定律时，要选择点迹清晰的纸带，是否必须选择第1、2两点间的距离应接近2 mm的纸带？ 提示：若取不包括起始点的任意两点，根据减少的重力势能与增加的动能是否相等，也可验证机械能守恒定律，此时纸带第1、2两点间距不一定接近2 mm。 考法(一)　实验基本操作 [例1]　 如图所示为用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置。 (1)在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中要用工具测量和通过计算得到的有______。 A．重锤的质量 B．重力加速度 C．重锤下落的高度 D．与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度 (2)有同学按以下步骤进行实验操作： A．用天平称出重锤和夹子的质量； B．固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器； C．松开纸带，接通电源，开始打点。并如此重复多次，以得到几条打点纸带； ①__________________________________， ②__________________________________， ③__________________________________， ④__________________________________。 (3)实验时，应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，这样做可以________(选填“消除”“减小”或“增大”)纸带与限位孔之间的摩擦。 (4)在实际测量中，重物减少的重力势能通常会______(选填“略大于”“等于”或“略小于”)增加的动能。 [解析]　(1)通过实验原理可知，重锤下落高度要用毫米刻度尺直接量出，下落这一高度时对应的瞬时速度用相邻两点间的平均速度求出，故需用工具测量的是C，通过计算得到的是D。 ①B中“让手尽量靠近打点计时器”应改为“让重锤尽量靠近打点计时器”。因打点计时器应从与重锤靠近的纸带处开始打点，不致留下过长的空白纸带，纸带也不宜过长，约40 cm即可。 ②C中应先接通电源，后松开纸带。因为只有当打点计时器工作正常后再让重锤下落，才可保证打第一个点时重锤的初速度为零，并且使纸带上的第一个点是清晰的小点。 ③D中应将“距离O点较近处”改为“距离O点较远处”。因为所取的各计数点应尽量是重锤自由下落运动的真实记录，而打点计时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定状态，同时开始的几个点比较密集，会增加长度测量的误差。 (3)打点计时器的两个限位孔如果不在同一竖直线上，纸带运动中就会与限位孔之间有摩擦，重物下落时要克服这个摩擦阻力做功，重力势能不能全部转化为动能，实验存在误差，纸带与限位孔之间的摩擦是无法避免的，这样做只能减小纸带与限位孔之间的摩擦。 (4)实际实验中，重锤要受到空气阻力，纸带和打点计时器的振针和限位孔之间有摩擦力，故重物下落时要克服这些阻力做功，重力势能不能全部转化为动能，有一小部分转化为内能，故重物减少的重力势能通常会略大于增加的动能。 [微点拨] 关于实验操作的三点提醒 (1)本实验不需要测量重物的质量。 (2)打点计时器连接的应该是交流电源。 (3)实验时应该