高中物理必修2验证机械能守恒定律(ppt)

- 1 - 实验：验证机械能守恒定律

一、实验目的

1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。

2．掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。

二、实验原理

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12 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，v1、v2的计算方法与方案一的相同。若关系式12 mv22 －12 mv21 ＝mgh成立，则物体的机械能守恒。

三、实验器材

铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源

实验过程

一、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。

2．打纸带：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，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2 mm的纸带，把纸带上打出的两点间 - 2 - 的距离为2 mm的第一个点作为起始点，记作O，在距离O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O点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3…

二、数据处理

1．计算各点对应的瞬时速度：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1、2、3…并测量出各计数点到O 点的距离h1、h2、h3…再根据公式vn＝hn＋1－hn－12T ，计算出1、2、3、4、…n 点的瞬时速度v1、v2、v3、v4…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12 mv2n ，计算ghn和12 v2n ，如果在实验误差允许的范围内ghn＝12 v2n ，则机械能守恒定律得到验证。

word

- 1 - / 9 第1、2节追寻守恒量——能量功

一、 追寻守恒量——能量

1．伽利略斜面实验探究

如图所示，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个对接斜面，没有摩擦时，hA＝hB。始、末位置高度相同，小球运动中守恒的量叫能量。

2．势能

相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。

3．动能

物体由于运动而具有的能量。

4．在伽利略的理想斜面实验中，小球的动能和势能相互转化，但二者的总量是不变的。

二、功

1．功的定义

一个物体受到力的作用，并在力的方向上发生了一段位移，我们就说这个力对物体做了1． 相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势

能；物体由于运动而具有的能量叫做动能。在伽利

略的斜面实验中小球的动能和势能可以相互转化。

2．如果物体受到力的作用，并在力的方向上发生了一

段位移，这个力就对物体做了功。力和物体在力的

方向上发生的位移，是做功的两个不可缺少的因素。

3．功的公式W＝Flcos α，α为力与位移方向的夹角。

该公式只能计算恒力做的功。

4．功是标量，但有正负之分。当力促进物体的运动时，

做正功；当力阻碍物体的运动时，做负功。

5．当几个力对物体都做功时，这几个力做功的代数和

等于这几个力的合力做的功。 word

- 2 - / 9 功。

2．做功的因素

力和物体在力的方向上发生的位移，是做功的两个不可缺少的因素。

3．功的公式

(1)力F与位移l同向时：W＝Fl。

(2)力F与位移l有夹角α时：W＝Flcos_α，其中F、l、cos α分别表示力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦。

(3)各物理量的单位：力的单位是N，位移的单位是m，功的单位是N·m，即J。

4．正功和负功

夹角α的X围 做功情况 物理意义

α＝π2 cos α＝0，W＝0，即力F对物体不做功 F不是动力也不是阻力

0≤α＜π2 cos α>0，W＞0，即力F对物体做正功 F是动力

π2＜α≤π cos α<0，W＜0，即力F对物体做负功或者说物体克服力F做功 F是阻力

2020-2021学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册第八章

第5节 实验：验证机械能守恒定律

姓名：__________ 班级：__________考号：__________

1、 某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30 Hz和40 Hz，打出纸带的一部分如图（b）所示．

该同学在实验中没有记录交流电的频率，需要用实验数据和其他条件进行推算．

（1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为_________，打出C点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度的大小为________.

（2）已测得=8.89cm，=9.5.cm，=10.10cm；当重力加速度大小为9.80m/，试验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%．由此推算出为________ Hz．

2、 在用落体法验证机械能守恒定律时，某小组按照正确的操作选得纸带如图.其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点．用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中．（已知当地的重力加速度g＝9.80 m/s2 ， 重锤质量为m＝1 kg，计算结果均保留3位有效数字）

图中的三个测量数据中不符合有效数字读数要求的是________段的读数，应记作________cm； ②甲同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，他用AC段的平均速度作为B点对应的瞬时速度vB ，

则求得该过程中重锤的动能增加量ΔEk＝________J，重力势能的减少量ΔEp＝________J；这样验证的系统误差总是使ΔEk________ΔEp（选填“>”、“<”或“＝”）；

③乙同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，将打点计时器打下的第一个点O记为第1个点，图中的B是打点计时器打下的第9个点．因此他用v＝gt计算与B点对应的瞬时速度vB ， 求得动能的增加量ΔEk＝________J这样验证的系统误差总是使ΔEk________ΔEp（选填“>”、“<”或“＝”）．

《机械能守恒定律》

教 案

〖教材分析〗

学习本节内容注意回顾前面学习的动能定理和重力势能与重力做功的关系，已经它们之间的联系，通过本节学习的机械能守恒条件，把前后结合统一起来。本节内容是本章教材的重点内容，它既是对前面几节内容的总结，也是对能量守恒定律的铺垫。通过学习，学生不难掌握机械能守恒定律的表达式和运用机械能守恒定律求解简单问题，但对守恒条件的判断有一定的困难，对条件的理解是本节内容的难点。

〖教学目标与核心素养〗

物理观念：树立能量观念，能够根据动能定理和重力做功与重力势能变化的关系，结合机械能守恒定律分析、解决问题的基本方法。

科学思维：理解机械能守恒定律的推导过程，体会它与动能定理和重力做功与重力势能变化的关系之间的统一关系。

科学探究：通过对生活中动能和势能相互转化的思考增加学生对物理知识喜爱。领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性。

科学态度与责任：通过能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题。

〖教学重点与难点〗

重点：1.理解机械能守恒定律的内容。

2.在具体问题中能判断机械是否守恒，并能列出定律的数学表达式。

难点：从功能关系来理解机械能守恒定律的条件。

〖教学准备〗

多媒体课件

〖教学过程〗 一、新课引入

伽利略曾研究过小球在斜面上的运动。他发现：无论斜面B比斜面A陡些或缓些，小球的速度最后总会在斜面上的某点变为0，这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度基本相同。

在小球的运动过程中，有哪些物理量是变化的？哪些是不变的？你能找出不变的量吗？

（播放动图）阐述速度是变化的，高度和质量是不变的。

也许还有一个量也是不变的，那就是能量，——追寻守恒量。

二、新课教学

（一）追寻守恒量

伽利略的这个实验，小球总能回到原来的高度。

也就说小球在运动的过程中，好像记得自己起始的高度，用物理学的语言来说，这说明存在一个与高度相关的物理量。这个量是守恒的，后来物理学家就把这个量叫做能量。