第8章 第5节 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（人教版2019，河北河南专用）

第5节　实验：验证机械能守恒定律 (实验课—基于经典科学探究) 目 录 01 02 1 实验准备——原理、器材和装置 2 实验操作——过程、细节和反思 03 04 3 实验考法——基础、变通和创新 4 训练评价——巩固、迁移和发展 1．实验器材 1 实验准备——原理、器材和装置 一、实验步骤　 1．安装置：按照装置示意图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。 2．打纸带：将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静止在靠近打点计时器的位置。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3～5次实验。 2 实验操作——过程、细节和反思 3．选纸带：选取点迹较为清晰且开始打下的两点间的距离约为2 mm 的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2 mm 的第一个点作为起始点，记作O，在距离O点较远处再依次选出计数点1,2,3…… 4．测距离：用刻度尺测出O点到1,2,3……的距离，即为对应下落的高度h1，h2，h3…… 三、误差分析与注意事项　 1．误差分析 本实验的误差主要是测量纸带上打点间距时产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差。 2．注意事项 (1)安装打点计时器时，要使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。 1．本实验中对重物的选择有什么要求？ 提示：应选用质量和密度较大的重物，可使空气阻力的影响相对减小。 2．在得到的实验数据中，大部分同学得到的结论是：重物动能的增加量稍小于重力势能的减少量，请问这是怎么造成的呢？ 提示：重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，所以重物动能的增加量稍小于重力势能的减少量。 [关键点反思] 3．本实验中产生误差的原因主要有哪些？怎样减小误差？ 提示：做好本实验的关键是尽量减小重物下落过程中的阻力，但阻力不可能完全消除。本实验中，误差的主要来源是纸带摩擦和空气阻力。由于重物及纸带在下落过程中要不断地克服阻力做功，因此重物动能的增加量必稍小于重力势能的减少量，这是系统误差。减小系统误差的方法有：选用密度大的实心重物，重物下落前纸带应保持竖直，选用电火花计时器等。由于测量长度会造成误差，属偶然误差。减小办法：一是测距离都应从O点量起，下落高度h适当大些(过小，h不易测准确；过大，阻力影响造成的误差大)，二是多测几次取平均值。 /备选案例/ 研究沿斜面下滑物体的机械能 1．实验器材 如图所示，气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块等。 2．实验步骤 把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。 测量两光电门之间高度差Δh和滑块通过两个光电门时的速度v1、v2，代入表达式验证。 4．误差分析 两光电门之间的距离稍大一些，可以减小测量误差；遮光条的宽度越小，误差越小。 考法(一)　实验基本操作 [例1]　(2023·山西朔州高一检测)利用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验。 3 实验考法——基础、变通和创新 (1)下列实验操作正确的是________。 A．选择大小合适的铁质重锤 B．选择体积较大的木质重锤 C．打点时，应让重锤靠近打点计时器，先释放纸带，再接通电源 D．选纸带时，应选点迹清晰且打下的第1、2两点间距离接近2 mm的纸带 (2)除打点计时器(含纸带、复写纸)、重锤、交流电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有________。(选填器材前的字母) A．刻度尺　　 B．天平 　　　C．秒表 [解析]　(1)为使重锤近似做自由落体运动，应选择体积较小、质量较大的铁质重锤，A正确，B错误；打点时，为有充分的打点距离，应让重锤靠近打点计时器，释放重锤时，应先接通电源，后释放重锤，C错误；纸带上点迹应清晰，打下的第1、2两点间距离接近2 mm时，说明打下的第一个点的速度为零，D正确，故选A、D。 (2)重锤质量不需要测量，打点计时器本身就是计时工具。需用刻度尺测量打点间距，故选A。 [答案]　 (1)AD　(2)A 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)实验时应该先接通电源后释放重物。　　 [微点拨] 考法(二)　数据处理和误差分析 [例2]　某同学做“验证机械能守恒定律”实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分，剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出并标在图中，单位是cm。打点计时器工作频率为50 Hz，重物的质量为m，重力加速度g取9.8 m/s2。 (1)重物在打下2点时的速度v2＝______ m/s，在打下5点时的速度v5＝________m/s，重物从打下2点到打下5点的过程中动能增加量ΔEk＝