第九节 实验:验证机械能守恒定律;第十节 能量守恒定律与能源
一. 教学内容:
第九节 实验:验证机械能守恒定律
第十节 能量守恒定律与能源
二. 知识要点:
1. 会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。掌握验证机械能守恒定律的实验原理。通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律,体验验证过程和物理学的研究方法。培养学生的观察和实践能力,培养学生实事求是的科学态度。
2. 理解能量守恒定律,知道能源和能量耗散。通过对生活中能量转化的实例分析,理解能量守恒定律的确切含义。
三. 重难点解析:
1. 实验:验证机械能守恒定律
实验目的:验证机械能守恒定律。
实验原理:
通过实验,分别求做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量。若二者相等,说明机械能守恒,从而验证机械能守恒定律:△EP=△EK
实验器材
打点计时器及电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线。
实验步骤:
(1)如图所示装置,将纸带固定在重物上,让纸带穿过打点计时器。
(2)用手握着纸带,让重物静止地靠近打点计时器的地方,然后接通电源,松开纸带,让重物自由落下,纸带上打下一系列小点。
(3)从打出的几条纸带中挑选第一、二点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量,记下第一个点的位置O,并在纸带上从任意点开始依次选取几个计数点1、2、3、4…,并量出各点到O点的距离h1、h2、h3…,计算相应的重力势能减少量,mgh。如图所示。
(4)依步骤(3)所测的各计数点到O点的距离hl、h2、h3…,根据公式vn=
计算物体在打下点l、2…时的即时速度v1、v2…。计算相应的动能(5)比较实验结论:在重力作用下,物体的重力势能和动能可以互相转化,但总的机械能守恒。
选取纸带的原则:
(1)点迹清晰。
(2)所打点呈一条直线。
(3)第1、2点间距接近2mm。
本实验应注意的几个问题:
(1)安装打点计时器时,必须使两个纸带限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力;
(2)实验时必须保持提起的纸带竖直,手不动。待接通电源,让打点计时器工作稳定后再松开纸带,以保证第一点是一个清晰的点;
(3)打点计时器必须接50Hz的4V?D6V的交流电;
(4)选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带;
(5)测量高度h时,应从起始点算起,为了减小h的相对误差,选取的计数点要离起始点远一些,纸带也不宜过长,有效长度可以是6?D8。
(6)因为是通过比较
一个物体能够对外做功,我们就说这个物体具有能量。如:运动的物体可以推动与其接触的另一个物体一起向前运动,对被推动的物体做功,说明运动的物体具有能量。又如流动的河水、被举高的重物、被压缩的弹簧、高温高压气体……都能对外做功,因此都具有能量。
能量有各种不同的形式:运动的物体具有动能;被举高的重物具有重力势能;发生弹性形变的物体具有弹性势能;由大量粒子构成的系统具有内能。另外自然界中还存在如化学能、电能、光能、太阳能、风能、潮汐能、原子能等等不同形式的能。
不同的能与物体的不同运动形式相对应。
如机械能对应机械运动;内能与大量微观粒子的热运动相对应。
能量的转化:各种不同形式的能可以互相转化,在转化过程中总量保持不变。也就是说当某个物体的能量减少时,一定存在其他物体的能量增加,且减少量一定等于增加量;当某种形式的能量减少时,一定存在其他形式的能量增加,且减少量一定等于增加量。
功是能量转化的量度
不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化(或转移)的过程。且做了多少功,就有多少能量发生转化(或转移),因此,功是能量转化的量度。