【物理】實驗：驗證機械能守恒定律 教學課件-2023-2024學年高一下學期物理人教版（2019）必修第二冊

第五節(jié)實驗：驗證機械能守恒第八章

機械能守恒定律學習目標1新課講解3復習回顧2經(jīng)典例題4課堂練習5本課小結6目錄學習目標1.理解驗證機械能守恒定律的原理。會設計實驗方案，確定需要測量的物理量，采用正確的方法測量相關的物理量2.能夠控制實驗條件，正確進行實驗操作，獲取物體下落高度和速度大小等數(shù)據(jù)，會分析動能增加量小于重力勢能減少量的原因，并采取相應措施，以減小實驗誤差。3.樹立實事求是的科學態(tài)度，培養(yǎng)認真嚴謹?shù)目茖W精神復習回顧在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內，物體的動能和勢能可以相互轉化，而總的機械能保持不變。內容：表達式：適用條件：只有重力做功或彈力做功機械能守恒定律機械能守恒的條件是什么？它有哪些表達形式？1.條件：僅有重力或彈力做功。2.表達式：（1）守恒的角度：E1=E2（2）轉化的角度：△Ek增=△EP減（3）轉移的角度：△EA增=△EB減思考本節(jié)課我們通過自由落體運動和物體沿光滑斜面下滑運動來驗證機械能守恒定律。新課講解一、實驗目的通過實驗驗證機械能守恒定律二、實驗思路問題1：機械能守恒的條件是什么？只有重力或彈力做功問題2：滿足這一條件的過程有哪些？自由落體運動物體沿光滑斜面下滑小球的擺動xy平拋運動利用自由落體運動驗證機械能守恒定律v1h1h2ABv2質量為m的物體從O點自由下落，以地面為零勢能面，如果忽略空氣阻力，下落過程中任意兩點A和B的機械能守恒，即也可以計算重物在某兩點間動能的增加量是否等于重力勢能的減少量vhOA任意一點的瞬時速度v，該點到初始點的高度差h。思考：1.需要測量哪些物理量？質量m呢？不需要2.需要用到哪些實驗儀器來測量下落高度以及任意一點的瞬時速度？為了方便起見，可以直接從下落的初始位置O點來進行研究，此時初動能為0，則從起始點到下落過程中任意一點有：一、實驗器材：打點計時器、紙帶、刻度尺、重物、鐵架臺（帶鐵夾）、交流電源等。夾子打點計時器紙帶重物？鐵架臺1．按圖安裝實驗器材，電源接學生電源，并將輸出電壓調至4~6V交流。接通電源前，用手提升紙帶至重錘靠近打點計時器處。2．先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落。關閉電源，取下紙帶備用。3．重復步驟2兩次，打出3條紙帶。4．取點跡清晰，且第一、二點距離接近2mm的紙帶進行測量。先將第一點記為O點，然后在紙帶上任取5個連續(xù)的點，如下圖所示。二、實驗步驟1、選擇重物時有何要求，為什么？應選用質量和密度較大的重物，增大重力，可使阻力的影響相對較小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。2、安裝打點計時器時，應注意什么問題，釋放紙帶時有什么要求？這樣做的目的是什么?打點計時器要穩(wěn)定固定在鐵架臺上，同時伸出桌外，以保證重物有足夠的下落空間。打點計時器平面與紙帶限位孔調整在豎直方向，同時需保持紙帶豎直，以減小摩擦阻力，先接通電源，再釋放紙帶。三、數(shù)據(jù)處理：1.紙帶如何選??？①點跡清晰②前兩點間的距離約為2mm如果沒有符合這一條件的怎么辦，該如何驗證？（確保初位置速度為0）我們可以選取A、B兩點，比較它們的機械能EA和EBΔhAB可以避開起始點2.距離如何測量？①在距離O點較遠處依次標記計數(shù)點1、2、3…②用刻度尺從初始點開始，一次測量出各點對應刻度。O12345h1h2h3h4h53.各點瞬時速度如何計算？中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度nxnxn+14.數(shù)據(jù)分析v1v2v3v4v5v6h1h2h3h4h5h6

4.數(shù)據(jù)分析本實驗要不要測量物體的質量（是否需要天平）？不需要。根據(jù)機械能守恒定律的公式可以看出，這個物體的質量可以被消去，是否已知質量對實驗結果無影響。對實驗中獲得的數(shù)條紙帶應如何選??？1.以紙帶上第一點（起始點）為基準點來驗證機械能守恒定律的方法。應選取點跡清晰且第1、2兩點間的距離接近2mm的紙帶。2.選擇后面的某兩點驗證機械能守恒定律的方法。實驗打出的任何一條紙帶，只要后面的點跡清晰，都可以用于計算機械能是否守恒。問題四、實驗誤差分析（1）重物和紙帶下落過程中要克服阻力，主要是紙帶與計時器之間的摩擦力。（2）計時器平面不在豎直方向，紙帶平面與計時器平面不平行是阻力增大的原因。（3）電磁打點計時器的阻力大于電火花計時