2024-2025学年新教材高中物理第八章机械能守恒定律5实验：验证机械能守恒定律2教案新人教版必修2

PAGE6-第5节试验：验证机械能守恒定律本试验属验证性学生试验，试验目的是利用重物的自由下落验证机械能守恒定律，要驾驭试验方法和技巧、试验数据的采集与处理，分析试验误差，从而不仅从理论上了解机械能守恒定律，而且通过实际观测从感性上增加相识，深化对机械能守恒定律的理解。教材中介绍了测量瞬时速度的更为简洁而精确的方法，要明白其道理。物理观念：树立能量观念，理解理解试验的设计思路，明确试验中须要测量的物理量科学思维：知道试验中选取测量点的有关要求，会测量下落高度和瞬时速度科学探究：能正确进行试验操作，能够依据试验数据的分析中得出试验结论。科学看法与责任：通过试验及误差分析，培育学生实事求是的科学看法，激发学生对物理规律的探知欲。教学重点：验证机械能守恒定律的试验原理2、教学难点：验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小试验误差的方法。多媒体课件【新课导入】上节课我们学习了机械能守恒定律，驾驭了机械能守恒定律的条件和公式。思索：机械能守恒的条件是什么？它有哪些表达形式？1.条件：仅有重力或弹力做功。2.表达式：（1）守恒的角度：E1=E2（2）转化的角度：△Ek增=△EP减（3）转移的角度：△EA增=△EB减思索：我们熟知的运动中，哪些运动满意仅有重力做功？这节课我们通过自由落体运动和物体沿光滑斜面下滑运动来验证一下机械能守恒定律。【新课内容】一、试验介绍1．试验目的：验证机械能守恒定律。2．试验原理：本试验验证极其简洁情形下的机械能守恒──自由落体运动。而且，针对的是及其特殊的过程──从释放点到某位置。计量重力势能的变更时，只要测量出过程越过的高度，结合当地的重力加速度即可。计量动能变更时，启用了打点计时器──依据打出的纸带求末状态的瞬时速度（依据“匀变速运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度”）。二、试验步骤1．按图安装试验器材，电源接学生电源，并将输出电压调至4~6V沟通。接通电源前，用手提升纸带至重锤靠近打点计时器处。2．先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。关闭电源，取下纸带备用。3．重复步骤2两次，打出3条纸带。4．取点迹清楚，且第一、二点距离接近2mm的纸带进行测量。先将第一点记为O点，然后在纸带上任取5个连续的点（或间隔点数相同的点）1．2．3．4．5，如下图所示。5．验证O点到2点过程机械能守恒的方程为：mgh2=m，其中T为1点到2点（或2点到3点）之间的时间间隔，假如在误差允许的范围内等式成立，试验就是胜利的。同理，可以验证O点到3点过程、O点到4点过程的机械能是否守恒。6．拆下器材，放回原处。三、数据处理&分析好，依据刚才的试验，我们采集整理以下信息：试验结论：在试验误差允许的范围内，重锤削减的重力势能增加的动能，所以，总的机械能是。过渡：另外，我们还有一些细微环节问题须要特殊留意，下面一起来汇总。问题探讨问题1：本试验要不要测量物体的质量？分组探讨，得出结论。点拨思路，明确结论。（展示幻灯片）验证机械能守恒定律的表达式：和中，式子两边均有重物的质量m，因而也可不详细测出m的大小，而将m保留在式子中。问题2：对试验中获得的数条纸带应如何选取？分组探讨，得出结论，选取合适的纸带以备处理数据之用。分两种状况加以说明：（1）用验证这是以纸带上第一点（起始点）为基准点来验证机械能守恒定律的方法。由于第一点应是重物做自由落体运动起先下落的点，所以应选取点迹清楚且第1、2两点间的距离接近2mm的纸带。（2）用验证这是回避起始点，在纸带上选择后面的某两点验证机械能守恒定律的方法。由于重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为基准点，势能的大小不必从起始点起先计算。这样，纸带上打出起始点O后的第一个0.02s内的位移是否接近2mm，以及第一个点是否清楚也就无关紧要了。试验打出的任何一条纸带，只要后面的点迹清楚，都可以用于计算机械能是否守恒。试验起先时假如不是用手提着纸带的上端，而是用夹子夹住纸带的上端，待起先打点后再松开夹子释放纸带，打点计时器打出的第一个点的点迹清楚，计算时从第一个计时点起先至某一点的机械能守恒，其误差也不会太大。回避第一个计时点的缘由也包括试验时手提纸带的不稳定，使第一个计时点打出的点迹过大，从而使测量误差加大。问题3：重物的速度怎样测量？结合教材介绍独立推导测量瞬时速度并得出结论。tvCvv0vAtvCvv0vAvBOtAtBtC如教材图所示，由于纸带做匀加速运动，故有A、C之间的平均速度：又依据速度公式有：vB=vA+a△t，vC=vB+a△t，故有：vB－vA=vC－vB，即：

，从而：

。问题4：通过处理试验数据，可得出什么结论？自主对所选择的纸带进行测量、计算，得出结论。对学生得出的结论进行点评，提出问题5。问题5：试验误差分析，提出问题，在得到的试验数据中，大部分同学得到的结论是，重物动能的增加量稍小于重力势能的削减量，即Ek＜Ep。是怎么造成的呢？分组探讨，得到结论。对学生探讨进行点拨。展示幻灯片。（1）重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸带与计时器之间的摩擦力。（2）计时器平面不在竖直方向，纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的缘由。（3）电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器。由于阻力的存在，重物动能的增加量稍小于势能的削减量，即Ek＜Ep在试验中会不会出现，重物动能的增加量稍大于重力势能的削减量，即Ek>Ep的结论呢？分组探讨，得到结论。对学生探讨进行点拨。展示幻灯片。沟通电的频率f不是50Hz也会带来误差。若f＞50Hz，由于速度值仍按频率为50Hz计算，频率的计算值比实际值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，使Ek＜Ep的误差进一步加大。依据同样的道理，若f＜50Hz，则可能出现Ek＞Ep的结果。问题6：试验留意事项：（1）安装打点计时器时，必需使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。（2）应选用质量和密度较大的重物，可使摩擦阻力，空气阻力相对减小。（3）试验时,必需先接通电源,让打点计时器工作正常后才能松开纸带让重锤下落（4）本试验因不须要知道重物动能的详细数值,故不须要测出重物的质量m.