高中物理 第8章 机械能守恒定律 5 实验：验证机械能守恒定律学案 新人教版必修第二册-新人教版高中必修第二册物理学案

5.实验：验证机械能守恒定律实验目标：1.理解验证机械能守恒定律的原理。会设计实验方案，确定需要测量的物理量，采用正确的方法测量相关的物理量。2.能够控制实验条件，正确进行实验操作，获取物体下落的高度和速度大小等数据，会分析动能增加量小于重力势能减少量的原因，并采取相应措施，减小实验误差。3.树立实事求是的科学态度、培养认真严谨的科学精神。一、实验思路1．实验目的(1)验证机械能守恒定律。(2)进一步熟悉打点计时器(或光电门)的使用。2．实验思路机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此设计实验时要考虑满足这一条件的情形。情形 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。情形 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，对物体不做功，也满足机械能守恒的条件。二、物理量的测量根据重力势能和动能的定义，需要测量的物理量有物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度。1．质量的测量：可用天平测量。2．高度的测量：可用刻度尺测量。3．瞬时速度的测量(1)用打点计时器打下的纸带测量：测出打 n 点前、后相邻两段相等时间 T 内物体运动的距离 xn和 xn＋1(或测出 hn－1和 hn＋1)，由公式 vn＝或 vn＝即可得到打 n 点时物体的瞬时速度，如图所示。说明：由匀变速直线运动的规律可知，物体某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度。(2)用光电门测量：遮光条通过光电门时的瞬时速度等于遮光条通过光电门时的平均速度，则根据遮光条的宽度 l 和遮光时间 Δt，可以算出物体经过光电门时的速度 v＝。三、数据分析方法 1：计算物体在选定位置上动能与势能的和是否满足mv＋mgh2＝mv＋mgh1①方法 2：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－mgh2②若在误差允许范围内，等式①(或②)满足，即可验证机械能守恒。根据上述情况，有两种方案可以验证物体的机械能守恒。方案Ⅰ 研究自由下落物体的机械能1．实验器材铁架台(带铁夹)、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(4～6 V)。2．实验步骤(1)安装实验装置如图所示，将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压交流电源相连接。(2)进行实验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。先接通电源，后松开纸带...