鲁科版高中物理必修第二册第1章功和机械能第5节第2课时验证机械能守恒定律课件

必备知识清单破1|实验目的知识点第2课时验证机械能守恒定律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。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

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,若关系式

m

-

m

=mgh成立,则物体的机械能守恒。2|实验原理知识点铁架台、打点计时器、重物(带夹子)、纸带、毫米刻度尺、交流电源。3|实验器材知识点1.安装置: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。4|实验过程知识点3.选纸带:选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2mm的纸带,把纸带上打出的两点间的距离为2mm的第一个点作为起始点,记作O点,在距离O点较远处再依次选出计数点1、2、3

…4.测距离:用刻度尺分别测出O点到计数点1、2、3…的距离,即对应下落的高度h1、h2、h3…1.在进行长度测量时,测量及读数不准造成误差。减小方法:(1)测量距离时应从起始点O点量

起,且选取的计数点离O点远些;(2)多次测量取平均值。2.重物下落要克服阻力做功,部分机械能转化成内能,下落高度越大,机械能损失越多,所以实

验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。3.由于交流电的周期不稳定,造成打点时间间隔变化而产生误差。5|误差分析知识点1.应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件,这就要求尽量减小各种阻力的影响,采取的措施

有:(1)安装打点计时器时,必须使两个限位孔的中线严格竖直,以减小摩擦阻力。(2)应选用质量和密度较大的重物,增大重力可使阻力的影响相对减小,增大密度可以减小体

积,以减小空气阻力。2.实验时,应先接通电源,让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落。3.纸带选取(1)以第一个点为起点时,要验证的是

m

=mghn,必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点,所以前两个点的间距约为h=

gt2=

×9.8×0.022m≈2mm。6|注意事项知识点(2)以下落中某点为起点时,要验证的是

m

-

m

=mghmn,这时选择纸带不需要满足初始两点间距为2mm。4.计算速度时不能用v=gt或v=

,否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。疑难情境破实验原理与实验数据的处理疑难情境探究如图甲所示,将包有白纸的圆柱棒替代纸带和重物,蘸有颜料的毛笔固定在马达上并随

之转动,使之替代打点计时器。当烧断挂圆柱棒的线后,圆柱棒竖直自由落下,毛笔就在圆柱

棒白纸上划出记号,如图乙所示,测得相邻记号之间的距离已在图中标出,已知马达铭牌上有

“1440r/min”字样。问题

请说明如何由此验证机械能守恒。提示

由马达铭牌“1440r/min”算出毛笔划的线中相邻两线间表示的时间间隔为T=

=

s≈0.04s。根据vn=

算出划任意选取的相邻两条线时圆柱棒的瞬时速度,vC=

m/s=1.25m/s,vD=

m/s=1.65m/s。故ΔEk=

m

-

m

=

m(

-

)=

m×(1.652-1.252)(J)=0.58m(J),而-ΔEp=mg·CD=m×9.8×58×10-3(J)≈0.57m(J),可见在误差允许范围内ΔEk=-ΔEp,这就验证了圆柱棒自由下落时机械能是守恒的。讲解分析1.计算纸带上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…,测量

出各计数点到O点的距离h1、h2、h3…,再根据公式vn=

计算出2、3…n点的瞬时速度v2、v3…vn。2.验证机械能守恒方法一: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

m

,计算ghn和

,如果在实验误差允许的范围内ghn=

,则机械能守恒定律得到验证。方法二:任取两点A、B。从A点到B点,重力势能减少量为mghA-mghB,动能增加量为

m

-

m

,计算ghAB和

-

,如果在实验误差允许的范围内ghAB=

-

,则机械能守恒定律得到验证。方法三: