第四章 第六节　验证机械能守恒定律-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第二册同步课堂高效讲义配套课件（粤教版）

第六节　验证机械能守恒定律 　　　　 第四章　机械能及其守恒定律 科学思维 明确验证机械能守恒定律的基本思路并能进行相关量的测量。 科学探究 能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因。 学习目标 核心素养目标 实验探究 应用拓展 细研过程 梳理要点 课时精练 内 容 索 引 细研过程 梳理要点 索引 一、实验思路 机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此研究过程一定要满足这一条件。本节实验我们以只有重力做功的过程进行研究。 二、物理量的测量及数据分析 1．只有重力做功时，只发生重力势能和动能的转化。 3．所需测量的物理量：物体所处两位置之间的高度差及物体的运动速度。 三、参考案例 案例1　研究自由下落物体的机械能 (1)实验器材 铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸(或墨粉盘)、导线、毫米刻度尺、交流电源。 (2)实验步骤 ①安装装置：按图1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。 ②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。 ③选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量两位置之间的距离Δh，计算两位置时的速度，代入表达式进行验证。 (3)数据处理 ①计算各点对应的瞬时速度：如图1中乙所示，根据公式vn＝ ，计算出某一点的瞬时速度vn。 ②机械能守恒定律的验证 方法一：利用起始点和第n点。 选择开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内mghn＝ ，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mghAB＝ ，则机械能守恒定律得到验证。 方法三：图像法(如图2所示)。 若在实验误差允许的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。 (4)误差分析 本实验的误差主要是由纸带测量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。 (5)实验注意事项 ①打点计时器安装时，要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。增大密度可以减小体积，空气阻力的影响相对较小。 ③实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落。 ④本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。 案例2　其他实验方案 (1)实验器材 气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。 (2)实验装置 如图3所示，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。 ①测量两光电门之间的高度差Δh。 ②滑块经过两光电门时遮光条遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度。 若遮光条的宽度为ΔL，则滑块经过两光电门时的速度分别为v1＝ ，v2＝ 。 ③若在实验误差允许范围内满足mgΔh＝ ，则验证了机械能守恒定律。 (4)误差分析 两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越小，误差越小。 索引 实验探究 应用拓展 索引 如图1所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律： (1)对于该实验，下列操作必要且又正确的有_______。 A．重物应选用质量大、体积小的金属锤 B．两限位孔在同一竖直面内上下对齐 C．精确测量出重物的质量 D．用夹子夹好纸带稳定后，接通直流电源，然后松开夹子释放重物 E．除图1所示器材外，为了完成实验，还必须增加刻度尺 一 教材原型实验 例1 √ √ √ 验证机械能守恒定律实验满足的关系式为mgh＝ mv2，解得gh＝ v2，因此无需测量重物的质量，需要测量重物下落的高度，需要刻度尺，应选用质量大、体积小的金属锤，从而减小空气阻力的影响，另外打点计时器应选用交流电，故选A、B、E。 (2)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图2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。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，重物的重力势能减小量 ΔEp＝_______，动能变化量ΔEk＝____________。 mghB (3)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增加量，其原因是______