2018_2019学年高考物理主题二机械能及其守恒定律2.5验证机械能守恒定律学案粤教版

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1、2.5　验证机械能守恒定律学习目标核心提炼1.能够通过研究物体运动过程中动能和势能的变化，验证机械能守恒定律，并能设计出不同的实验方案。1个实验目的——验证机械能守恒定律3个实验能力——实验操作、实验数据分析、实验误差分析2.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论。3.能定性地分析误差产生的原因。一、实验原理在只有重力对物体做功的过程，比较物体重力势能的变化量与动能变化量，若满足ΔEp减＝ΔEk增，则说明机械能守恒。二、在自由落体运动中验证机械能守恒定律1.原理让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种

2、方案验证物体的机械能守恒：方案一：以物体自由下落的位置O为起始点，测出物体下落高度h时的速度大小v。若mv2＝mgh成立，则可验证物体的机械能守恒。方案二：测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，若关系式mv－mv＝mgh成立，则物体的机械能守恒。2.实验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源(4～6V)。3.实验步骤(1)安装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。14(2)打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端

3、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。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。(3)选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2mm的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2mm的第一个点作为起始点，记作0，在距离0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0点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3…4.数据处理(1)计算各点对应的瞬时速度：根据公式vn＝，计算出1、2、3、4、…n点的瞬时速度v1、v2、v3、v

4、4、…vn。(2)机械能守恒验证方法一：利用起始点和第n点从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为mv，计算ghn和v，如果在实验误差允许的范围内ghn＝v，则机械能守恒定律得到验证。方法二：任取两点A、B从A点到B点，重力势能减少量为mghA－mghB，动能增加量为mv－mv，计算ghAB和v－v，如果在实验误差允许的范围内ghAB＝v－v，则机械能守恒定律得到验证。方法三：图象法计算各计数点v2，以v2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，根据实验数据绘出v2－h图线。若在实验误差允许

5、的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，如图所示，则验证了机械能守恒定律。5.误差分析重物下落要克服阻力做功，因此减小的重力势能略大于增加的动能。146.注意事项(1)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，以减小空气阻力的影响。(2)实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直。接通电源后，等打点计时器工作稳定再松开纸带。(3)纸带选取时以第一个点为起点时，要验证的是mv＝mghn，必须保证纸带上的第一个点为重物静止释

6、放时打的点，所以前两个点的间距为h＝gt2＝×10×(0.02)2m＝2mm。(4)实验中的两种验证方法均不需要测量重物的质量m。(5)计算速度时不能用v＝gt或v＝，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。三、利用摆球与DISlab系统验证机械能守恒定律1.实验原理(1)如图所示，将DIS装置的光电门放在A、B、C、D各点，测出各点的速度，测量出各点相对D点的高度；选D点所在水平面为参考平面。计算出小球通过各点时的机械能，若mv2＋mgh＝mv，即v2＋gh＝v，则验证了机械能守恒定律。(2)用光电计时器

7、测小球的速度：若小球的直径为d，小球通过某一光电门的时间为Δt，则小球的速度v＝。2.实验步骤(1)在铁架台上端用铁架悬挂一个摆球。(2)在方格纸上确定4至5个点作为测量点，并测出各点相对于D点的高度h。(3)分别安装光电传感器，并使之与数据采集器相连接。(4)让小球从某一高度向下摆动，通过光电计时器得到小球通过各点的速度。(5)分别测定摆球在摆动过程中任意时刻的动能14和重力势能，研究每一个测量点的机械能的总量是否相等。3.误差分析(1)本实验中小球在运动过程中受到阻力作用，引起实验中动能的增加量小于重力势能的减小

8、量。(2)光电传感器的灵敏度对实验结果也有影响。4.注意事项(1)小球运动时，应使其轨迹在同一竖直面内，避免做圆锥摆运动。(2)调整带方格纸的木板，应使其竖线在竖直方向上。(3)为准确测定小球在各位置的瞬时速度，可在小球下部安置一块挡光片，并确保挡光片在竖直面内。　实验原理及基本操作[例1]在利用自由落体运动“验证机械能守恒定律”的实验中，电源