中小学教育资源及组卷应用平台 高中物理必修二素养提升学案 第八章 机械能守恒定律 8.5实验：验证机械能守恒定律 【知识目标与核心素养】 一．知识与技能 1. 理解实验的设计思路，明确实验中需要直接测量的物理量； 2. 知道实验中选取测量点的有关要求。会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离。 二．过程与方法 1. 能正确进行实验操作，能根据实验数据的分析得出实验结论； 2. 能定性地分析产生实验误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差。 3．情感态度与价值观 1. 理解实验的设计思路，自主思考实验设计思路，加强实验能力； 2.能够独立分析产生实验误差的原因，并且尽量减小实验误差，通过实验理解机械能守恒定律。 【探究导入】 机械能守恒定律告诉我们，在只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能相互转化时总的机械能保持不变。下面我们通过实验来研究物体运动过程中动能与重力势能变化，从而验证机械能守恒定律。 【实验探究】 （1）实验思路 【方案引导】 方案一：自由落体运动 做自由落体运动的物体，如果忽略微小阻力作用，机械能是守恒的，即重力势能的减少量等于动能的增加量。 方案二：物体沿光滑斜面下滑 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。 【温馨提示】实验思路的两点说明： （1）实验验证只有重力做功时，物体的机械能守恒，因此设计实验要求是物体只受重力作用或除重力做功外，其他力不做功。 （2）实验中阻力做功不可避免，我们应当尽量减小阻力做功的影响，用落体法验证时，要求重物的质量大一些，使重力远大于阻力；用光滑斜面法验证时，用气垫导轨铺设斜面，使阻力减至最小。 （2）物理量的测量 【探究引导】研究对象确定后，还需要明确所测的物理量和实验器材。根据重力势能和动能的定义，很自然地想到，需要测量物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度这三个物理量。 （3）数据分析 【探究引导】根据选定的实验方案设计相应的表格记录实验数据。计算物体在选定位置上动能与势能的和是否满足mv＋mgh2＝mv＋mgh1 也可以计算重物在某两点间的动能变化和势能变化是否满足mv-mv＝mgh1-mgh2 本实验我们提供物体做自由落体运动及沿光滑斜面下滑这两种方案。 【典型实验方案】 【方案1】用落体法验证机械能守恒定律 1、实验步骤 （1）仪器安装:按图示装置竖直架稳打点计时器，并用导线将打点计时器接在电源上。 （2）打纸带:将长约1m的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打点计时器，用手提着纸带，使重锤静止在靠近打点计时器的地方。接通电源，松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。 （3）换几条纸带，重复上面的实验。 2、数据处理 （1）求瞬时速度 在取下的纸带中挑选第1、2两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量。记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点0、1、2、3、…、n+1并测量出各计数点到O点的距离h0、h1、h2、h3、…、hn+1，再根据公式，计算出1、2、3、…、n点的瞬时速度v1、v2、v3、…、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，如果在实验误差允许的范围内mv＝mghn，即v＝ghn成立，则机械能守恒定律得到验证。 方法二:任取两点 ①任取两点A,B，测出hAB，求出ghAB。 ②分别求出A、B两点的瞬时速度vA、vB，求出mv－mv的值。 ③如果在实验误差允许的范围内v－v＝ghAB，就证明机械能是守恒的。 方法三：图像法 计算各计数点的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。若在实验误差允许的范围内，图 ... ...
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