8.5 实验：验证机械能守恒定律（导学案）（解析版）高一物理同步高效课堂（人教版2019必修第二册）.docxVIP

第5节实验：验证机械能守恒定律

导学案

【学习目标】

1.能通过合作设计实验方案，获取数据。

2.能分析数据，验证机械能守恒定律，能反思实验过程，尝试减小实验误差。

3.能认识科学规律的建立需要实验证据的检验。

【学习重难点】

1.实验方案的设计及数据的获取（重点）

2.实验数据的分析和误差的分析（重点难点）

【知识回顾】

一、动能和势能的相互转化

1.重力势能与动能：只有重力做功时，若重力对物体做正功，则物体的重力势能减少，动能增加，重力势能转化成了动能；若重力做负功，则动能转化为重力势能。

2.弹性势能与动能：只有弹簧弹力做功时，若弹力做正功，则弹簧弹性势能减少，物体的动能增加，弹性势能转化为动能。

3.机械能

(1)定义：重力势能、弹性势能和动能都是机械运动中的能量形式，统称为机械能。

(2)机械能的改变：通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化为另一种形式。

二、机械能守恒定律

1.内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

2.表达式：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1。

3.机械能守恒条件：只有重力或弹力做功。

【自主预习】

一、实验思路

1.自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件。

2.物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力与物体位移方向垂直(如图)，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。

3.用细线悬挂的小球摆动时，细线的拉力与小球的运动方向垂直，对小球不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。

二、物理量的测量

需要测量三个物理量：物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度。

【课堂探究】

复习与回顾：

(1)机械能守恒的条件是什么？

(2)对于一个物体或系统，机械能守恒的表达式是什么？

(3)你是否可以举一些生活中机械能守恒的实例？

一、实验思路

思考与讨论：

(1)根据你所设计验证机械能守恒定律的实验方案，结合机械能守恒定律，你认为在实验中需要测量哪些物理量？

(2)根据你所学的以往的知识，你是否可以说一下用什么方法或者工具测量这些物理量呢?

二、物理量的测量

(1)根据机械能守恒的条件和你所举的生活实例，你是否可以从中选择一个实例来验证机械能守恒定律呢？

(2)说一说你如何用你选择的实例来验证机械能守恒定律？能否说一下具体的实验设计或者方案呢?

需要测量三个物理量：

(1)物体的质量（天平）；

(2)物体所处位置的高度（刻度尺）；

(3)物体的运动速度（速度传感器、光电门、纸带平均速度法）。

三、研究自由下落物体的机械能

思考与讨论：

(1)如果你要通过研究自由下落物体的机械能变化来验证机械能守恒定律，根据所要测量的物理量，你认为还需要哪些器材？

(2)在使用这些器材进行测量时，你需要注意什么问题?

(3)你是否可以设计出详细的实验方案，完成这个验证实验?

1.实验器材

铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。

2.实验步骤

(1)安装置：按图所示将检查、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：①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地方；

②先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落；

③关闭电源，取下纸带。更换纸带重复做3～5次实验。

(3)选纸带：选取点迹清晰且第1、2两点间距接近2mm的纸带。

(4)测长度：用毫米刻度尺测出所选定的各计时点到基准点的距离。

思考与讨论：

(1)为什么要选择第1、2两点间距接近2mm的纸带？

(2)你如何测量重物下降的高度，测量时如何更加准确的读取数值?

(3)你如何测量纸带上某点的瞬时速度，它的依据是什么?

(4)在这一实验方案中，你认为可以用什么样的方法来验证机械能守恒？

3.数据分析

方法一：利用起始点和第n点计算，代入ghn和eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)，如果在实验误差允许的范围内，ghn＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)，则验证了机械能守恒定律。

方法二：任取两点计算。先任取两点A、B测出hAB，算出ghAB。再算出eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,A)的值。如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,A)，则验证了机械能守恒定律。

方法三：图像法。从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以eq\f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，绘出eq\f(