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(共25张PPT)
大单元整体教学：《机械能守恒定律》
5.实验：验证机械能守恒定律
生活体验，问题导学
【生活体验】根据所学知识思考以下生活中的情景，是否满足机械能守恒的规律。
人工打夯
骑自行车下坡
荡秋千的少女
【模型构建】可以将其抽象为什么样的物理模型？
自由落体
沿光滑斜面下滑小球
单摆
【思考】在三种运动情境中能量是如何转化的？物体的机械能是否守恒？
项目一：验证自由落体中的机械能守恒
v1
h1
h2
A
B
v2
【1.原理】质量为m 的物体从O点自由下落，以地面为零势能面，如果忽略空气阻力，下落过程中任意两点A和B的机械能守恒，即
也可以计算重物在某两点间动能的增加量是否等于重力势能的减少量
项目一：验证自由落体中的机械能守恒
为了方便起见，可以直接从下落的初始位置O点来进行研究，此时初动能为0，则从起始点到下落过程中任意一点有：
v
h
O
A
【问题1】需要测量哪些物理量？
【问题2】需要用到哪些实验仪器来测量下落高度以及任意一点的瞬时速度？
项目一：验证自由落体中的机械能守恒
【2.物理量的测量】
v
根据设计方案测量计算
h
刻度尺
m
天平
需要吗？
项目一：验证自由落体中的机械能守恒
【3.实验器材】
夹子
打点计时器
纸带
重物
？
铁架台
打点计时器
纸带
重物
铁架台（带铁夹）
刻度尺
交流电源等
项目一：验证自由落体中的机械能守恒
（1）将打点计时器固定在铁架台上，把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。
【4.实验步骤】
（2）用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近。然后先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。
（3）更换纸带，重复几次。
（4）选择合适的纸带，处理数据。
h
v
O
项目一：验证自由落体中的机械能守恒
（5）选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高h1、h2、h3、……记入表格中。
各计数点 l 2 3 4 5 6
下落高度
速度
势能减少量
动能增加量
结论
（6）用公式vn=（hn+1-hn-1）/2T，计算出各点的瞬时速度v1、v2、v3……并记录在表格中。
（7）计算各点的重力势能的减少量mgh和动能的增加量，并进行比较看是否相等，将数值填入表格内。
项目一：验证自由落体中的机械能守恒
h = gt2= ×9.8×0.022m < 2 mm
1
2
1
2
h
（1）如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？
用 验证 ，这是以纸带上第一点（起始点）为基准验证机械能守恒定律的方法。纸带上的第一个点为计时起点0 ，该点的速度应该为零。
【4.数据处理】
项目一：验证自由落体中的机械能守恒
0
h
v 2
1
2
gh =
v 2
1
2
为什么图象过原点？
结论：在误差允许的范围内，图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。
（2）图象法处理数据
该图象的斜率表示什么？
项目一：验证自由落体中的机械能守恒
（1）实验中安装打点计时器时，限位孔必须在同一竖直直线上，以减少摩擦阻力。
（2）实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常以后，才能松开纸带，让重物落下。
（3）纸带上端要用手提着由静止开始运动，这样保证下落的速度v为0，并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点。
（4）测量下落高度时，都必须从起点算起，不能搞错，为了减小测量h值的误差，选取的各计数点要离起始点远些。
【5.注意事项】
（5）实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，所以动能的增加量ΔEk一定小于重力势能的减少量ΔEp。
（6）因 ΔEk = ΔEp ，两边均有质量m，故不测量m也可以验证机械能守恒。
项目一：验证自由落体中的机械能守恒
项目一：验证自由落体中的机械能守恒
项目一：验证自由落体中的机械能守恒
项目二：验证物体沿光滑斜面下滑时的机械能守恒
【实验目的】验证物体沿光滑斜面下滑时是否满足机械能守恒，即满足方程
【测量参量】根据实验目的，我们可以得到需要测量的物理参量有：气垫导轨的倾斜高度h、气垫导轨的长度l、光电门之间的距离x、遮光条宽度d以及通过光电门的时间t
项目二：验证物体沿光滑斜面下滑时的机械能守恒
【实验装置】
【实验器材】根据需要测量的物理参量我们可以得到需要的实验器材有：带挡光条的小车、气垫导轨、光电门和数字计时器、毫米刻度尺、 游标卡尺
项目二：验证物体沿光滑斜面下滑时的机械能守恒
【实验步骤】
1.在气垫导轨上相隔一定距离安装两个光电门A、B并测出光电门之间的距离x；
2.用游标卡尺测量出遮光条的宽度d，然后将其固定在小车上；
3.把气垫导轨放在桌面上，调成倾斜状态，测量出较高一端距离水平桌面的高度h和气垫导轨的长度l；
4.将小车放在气垫导轨较高的一端由静止释放，依次记录下小车经过两个光电门的时间△t1，△t2
项目二：验证物体沿光滑斜面下滑时的机械能守恒
【注意事项】
1.气垫导轨的阻力很小，所以倾斜的倾角不需要太大
2.两个光电门之间的距离应该尽量大一些
3.遮光条的宽度应该适当的窄一些
4.可以改变两个光电门的距离重复实验步骤，进行多次试验
项目二：验证物体沿光滑斜面下滑时的机械能守恒
【数据处理】将数据记录到以下表格中
测量点n 1 2 3 4 5 6
光电门间距离x /m
导轨倾斜高度h/m
导轨长度x/m
遮光条宽度d /m
通过光电门时间t1/s
通过光电门时间t2/s
根据表格中的数据验证是否满足关系式
项目二：验证物体沿光滑斜面下滑时的机械能守恒
【典例2】小华设计了如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，提供的实验器材如下：
A.小车 B.钩码 C.一端带定滑轮的木板 D.细线E.电火花计时器
F.纸带 G.毫米刻度尺 H.低压交流电源 I. 220V的交流电源
(1）实验中不需要的器材是______（填写器材序号），还应补充的器材是___________。
项目二：验证物体沿光滑斜面下滑时的机械能守恒
（2）实验中得到了一条纸带如图乙所示，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点（标号0~6），测出0到1、2、3、4、5、6点的距离分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6，打点周期为T．则打点2时小车的速度v2=_______。若测得小车质量为M、钩码质量为m，打点1和点5时小车的速度分别用v1、v5表示，已知重力加速度为g，则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表示为_____________________。
（3）实验中，钩码减少的重力势能
总是略大于系统增加的动能，主要
原因是________________________.
课外拓展——验证机械能守恒的其他方案
利用光电门测速度
利用刻度尺测高度
验证钩码和小车组成的系统的机械能守恒
改进实验
利用气垫导轨验证机械能守恒
改进实验
利用频闪照片验证机械能守恒
比例1:1 频闪时间间隔T
课堂小结与作业
[课堂小结]
说一说本节课你收获了什么
[作业]
完成本节巩固案
检

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