物理人教版（2023）必修第二冊8.5驗證機械能守恒定律（共23張ppt）

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8.5實驗：

驗證機械能守恒定律

1.明確驗證機械能守恒定律的基本思路并能進行相關(guān)物理量的測量.

2.能正確進行實驗操作，分析實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論，能定性地分析產(chǎn)生誤差的原因

1.物體在自由下落時，如果機械能守恒，那么它的重力勢能的減少量就應該等于動能的增加量。

h

v

看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否是相等

借助自由落體運動來驗證機械能守恒定律

一、實驗目的

二、實驗原理

若從下落起點計算，

根據(jù)打出的紙帶如何計算某點的瞬時速度？例如vn

二、實驗原理

某點的瞬時速度，等于相鄰兩點間的平均速度

打點計時器、紙帶、復寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺（帶鐵夾）、學生電源等。

打點計時器

紙帶

重物

？

鐵架臺

三、實驗器材

四、實驗步驟

1.把打點計時器豎直地固定在鐵架臺上，接好電路，（注意電源是交流電源,且電火花：220V，電磁打點計時器：4-6V）。

2.將紙帶固定在重錘上，讓紙帶穿過打點計時器，手提著紙帶使重錘靠近打點計時器，如圖所示。

3.接通電源，釋放紙帶讓重物自由下落，

計時器就在紙帶上打出一系列點來.

4.換幾條紙帶，重復上述步驟.

5.在打出的紙帶中選擇點跡清晰，第1、2點間距約為2毫米的紙帶，在起始點標上0，在以后各點依次標上1、2、3……用刻度尺測出對應下落高度h1、h2……h(huán)n，利用公式，計算出點1、點2、點3……的瞬時速度v1、v2、v3……vn.填入實驗記錄表格中。

6.計算各點對應的重力勢能減小量和動能增加量的值，進行比較，得出結(jié)論。

1.本實驗要不要測量物體的質(zhì)量？

mgh=

mv2

1

2

gh=

v2

1

2

無需測量物體的質(zhì)量

思考：

2.紙帶上的第一個點為計時起點0（起始點的速度應該為零，即打點計時器在紙帶上打下第一個點時紙帶剛開始下落）。

gh=

v2

1

2

h

起始點

對于實際獲得的紙帶，如何判定紙帶上的第一個點就是紙帶剛開始下落時打下的呢？

紙帶上的頭兩個點間的距離應接近2mm。

3.可以回避起始點嗎（即處理紙帶時可以不用到起始點嗎）

hAB

A

B

思考：

五、實驗注意事項：

（1）打點計時器應豎直固定。必須使兩限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。

（2）實驗時，需保持提紙帶的手不動，待接通電源，計時器工作正常后才松開紙帶。

（3）盡量選用第一、二點間距接近2mm的紙帶。

（4）測量下落高度時，為了減小測量h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點適當遠一些，紙帶的有效長度可在60cm～80cm.

（5）不需要測量重物的質(zhì)量.因不需要知道動能和勢能的具體數(shù)值。

hV勢能減少量EP減動能增加量

EK增

1

2

3

4

通過本實驗，我們可以得到的結(jié)論是？

六、數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理

結(jié)論：在實驗誤差允許范圍內(nèi)，重錘重力勢能減少量等于動能的增加量，即機械能守恒。

0

h

v2

1

2

圖象法處理數(shù)據(jù)

該圖象的斜率表示什么？

為什么圖象通過原點？

思考與討論：實驗中，重錘的重力勢能減少量略大于其動能增加量。原因是什么呢？

七、誤差分析：

其原因是下落中克服阻力做功，機械能略有減少。

八、實驗改進：

物體下落過程中通過某一位置時的速度可以用光電計時器測出來，利用這種裝置驗證機械能守恒定律，能消除紙帶與限位孔的摩擦阻力帶來的系統(tǒng)誤差。

例1.(2023·江蘇南通市高一期中)實驗小組用“自由落體法”驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖甲.

(1)下列操作或分析中正確的有________；

A.必須要稱出重錘的質(zhì)量

B.打點計時器兩限位孔必須在同一豎直線上

C.實驗時，應先打開電源，再釋放重錘

D.可以用v＝gt或v＝計算某點的速度

BC

(2)小明同學選出一條清晰的紙帶如圖乙，其中O點為計時器打下的第一個點，A、B、C為紙帶上三個連續(xù)打出的點，打點計時器所接交變電源的頻率為50Hz，測得OA、OB、OC間的距離如圖，重錘的質(zhì)量為1.00kg，g取9.8m/s2，則打點計時器打下B點時重錘的重力勢能比開始下落時減少了ΔEp＝______J，重錘動能的增加量為ΔEk＝______J(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)，在誤差允許的范圍內(nèi)，ΔEp≈ΔEk，則驗證了機械能守恒定律；

1.88

1.84

例2.為進行“驗證機械能守恒定律”的實驗，有下列器材可供選用：鐵架臺，打點計時器，復寫紙，紙帶，秒表，低壓直流電源，導線，電鍵，天平。其中不必要的器材有____________________________；

缺少的器材是，

例3.在驗證機械能守恒定律時，如果以v2/2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的圖線應是，才能驗證機械能守恒定律，其斜率等于______的數(shù)值。

秒表、低壓直流電源、天平

g

低壓交流電源、重錘、刻度尺

通過原點的直線

例4.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中：

(1)現(xiàn)有器材是：打點計時器；低壓電源；紙帶；帶夾子的重物；刻度尺；天平；導線；鐵架臺。其中該實驗不需要的器材是______。

(2)實驗中，要從幾條打上點的紙帶中挑選第一、二兩點間的距離接近_____mm并且點跡清晰的紙帶進行測量。

(3)某學生在實驗中器材安裝正確，操作規(guī)范，所用交流電的頻率為50Hz，但驗證結(jié)果是重物增加的動能稍小于它減少的重力勢能，其主要原因是_____________________________________。

天平

紙帶受到的摩擦和空氣阻力做負功

2

例5.某學生在驗證機械能守恒定律的實驗中有如下操作步驟，試按合理的順序步驟序號填在下面的線上：____________________________________．

A．斷開電源，取下紙帶，選出前兩個點間距離接近2mm的紙帶；

B．把紙帶固定在重錘上；

C．將紙帶穿過打點計時器，并把紙帶上提使重錘停在靠近打點計時器的地方；

D．把打點計時器固定在放于桌邊的鐵架臺上，并與低壓交流電源相連接；

E．接通電源，同時釋放紙帶；

F．求出重錘重力勢能的減少量△EP和動能的增加量△EK，比較△EP和△EK得出實驗結(jié)論；

G．用刻度尺量出所選取的計數(shù)點到打下的第一個點0之間的距離．

DBCEAGF

例6.在做“驗證機械能守恒定律”的實驗時，用打點計時器打出紙帶如圖所示，其中A點為打下的第一個點，0、1、2……為連續(xù)的計數(shù)點。現(xiàn)測得兩相鄰計數(shù)點之間的距離分別為s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相鄰計數(shù)點間的打點時間間隔均為T。根據(jù)紙帶測量出的距離及打點的時間間隔，可以求出此實驗過程中重錘下落運動的加速度大小表達式為___________________________，在打第5個計數(shù)點時，紙帶運動的瞬時速度大小的表達式為__________________。

（s6+s5+s4-s3-s2–s1）/9T2

（s5+s6）/2T

例7.某次“驗證機械能守恒定律”的實驗中，用6V、50Hz的打點計時器打出的一條無漏點的紙帶，如圖所示，O點為重錘下落的起點，選取的計數(shù)點為A、B、C、D，各計數(shù)點到O點的長度已在圖上標出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為1kg。

①打點計時器打出B點時，重錘下落的速度

vB=m/s，重錘的動能EkB=J。

1.175

0.69

②從開始下落算起，打點計時器打B點時的重

力勢能減小量為J。

③根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點的過程中，得到的結(jié)論是。

機械能守恒

0.69

例8.斜面長100cm，高60cm，某同學以質(zhì)量為400g的小車沿斜面下滑來驗證機械能守恒定律，他從記錄小車運動的打點紙帶上選取了A、B、C、D四個計數(shù)點，已知每相鄰兩點間對應的時間間隔為0.1s，A與B、B與C、C與D之間的距離分別為10cm、15cm、20cm，