实验验证机械能守恒定律课件-高一下学期物理人教版

思考：我们熟知的运动中，哪些运动满足仅有重力做功？自由落体运动物体沿光滑斜面下滑小球的摆动新课导入第5节验证机械能守恒定律实验演示思考：如何验证自由落体运动的机械能守恒？自由落体运动？=OB一.实验目的:借助自由落体运动来验证机械能守恒定律学习任务一

借助自由落体运动来验证机械能守恒定律思考：如图所示，若要验证O（重物下落的起点）点到B点机械能是否守恒需要测量哪些物理量？？=hh2h1OABC？=需要测量起点O到A、B、C三点的距离h1、h、h2？=二.实验原理方法一：方法二：若以重物下落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA

再测出物体由A点下落△h后经过B点的速度vB则在误差允许范围内，由计算得出

机械能守恒定律即被验证。

方法三：作v2/2－h图象．

从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的v2/2，然后以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2/2－h图线．结论：若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．0h该图象的斜率表示什么？？=三、实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。打点计时器纸带重物？铁架台4、选择合适的纸带，处理数据。3、更换纸带，重复几次。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。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。四、实验步骤本实验要不要测量物体的质量？mgh

=mv

212gh

=v

212无需测量物体的质量如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。问题1纸带上的第一个点为计时起点0（起始点的速度应该为零，即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚开始下落）。gh

=v

212h起始点问题2可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）?我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能EA和EB。若以点B为0势能点，则有：EKA＋mgΔh＝EKBΔhAB思考速度能不能用v=

2gh或v=

gt计算？这种方法认为加速度为g，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于g，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是减少的，故这种方法也不能用。这种方法是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用。思考0hv212gh=v

212该图象的斜率表示什么？为什么图象通过原点？实验结论在实验误差允许范围内，重锤重力势能减少量等于动能的增加量，即机械能守恒。

实验中，重锤的重力势能减小略大于其动能增加，其原因是下落中克服阻力做功，机械能略有减少。思考：为什么重物的重力势能减少量略大于动能的增加量？如何减小它们之间的误差？1.重物下落过程中克服阻力做功。2.减小误差的措施：（1）减小重物下落时受到的空气阻力（选择体积小、密度大的重物）；系统误差阻力来源：（1）重物下落过程中受空气阻力；（2）纸带与打点计时器之间存在摩擦阻力.（2）用电火花计时器代替电磁打点计时器；（3）安装打点计时器时保证两个限位孔竖直；（4）释放纸带时，保证纸带竖直。误差分析思考：实验中是否存在其他误差？若存在如何减小误差？测量纸带长度时存在误差措施：（1）多次测量取平均值；（2）依次测量后面的点与第一点之间的距离。偶然误差hh2h1OABC例1某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律时,所用交流电源的频率为50Hz,得到如图乙所示的纸带.选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E,测出A点距起点O的距离为x0=19.00cm,点A、C间的距离为x1=8.36cm,点C、E间的距离为x2=9.88cm,g取9.8m/s2,测得重物的质量为m=1kg.(1)下列做法正确的是

(填选项前的字母).

A.图甲中两限位孔必须在同一竖直线上B.实验前,手应提住纸带上端,使纸带竖直C.实验时,先放开纸带,再接通打点计时器的电源D.数据处理时,应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置AB[解析]图甲中两限位孔必须在同一竖直线上,实验前手应提住纸带上端,并使纸带竖直,这是为了减小打点计时器与纸带之间的摩擦,选项A、B正确;实验时,应先接通打点计时器的电源,再放开纸带,选项C错误;数据处理时,应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置,以减小长度的测量误差,选项D错误.(2)选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律,重物减少的重力势能是

J,打下C点时重物的速度大小是

m/s.(结果保留三位有效数字)

2.28

2.68

C

(4)重物减少的重力势能总是略大于增加的动能,产生这一现象的原因是

.(写出一条即可)

重物受到空气阻力(或纸带与打点计时器之间存在阻力)[解析]在实验过程中,纸带与打点计时器之间的摩擦阻力、空气阻力是存在的,克服阻力做功损失了部分机械能,因此实验中重物减少的重力势能总是略大于增加的动能.二、实验原理借助沿斜面下滑物体验证机械能守恒定律一、实验目的

物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力与物体位移方向垂直，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件物体沿光滑斜面下滑学习任务二

借助沿斜面下滑物体验证机械能守恒定律三、实验器材:气垫导轨和数字计时器气垫导轨光电门数字计时器实验装置所示。实验操作中，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，重力势能减小，动能增大。测量滑块和挡光片的质量，用光电门测量滑块的瞬时速度。测量滑块下降的高度Δh和初、末速度v1、v2，就可以验证机械能是否守恒四、实验步骤例2[2023·台州中学期中]图为某实验小组做“验证机械能守恒定律”的实验装置,光电门A、B固定在气垫导轨上,细线两端分别与钩码和滑块相连,重力加速度为g.(1)实验的主要操作如下:①按图组装好实验器材;②让滑块从气垫导轨上光电门A

的右侧某位置由静止释放;③记录遮光条通过光电门

A、B

所用的时间分别为t1、t2;④改变光电门

B

的位置,进行多次实验.为完成该实验,还缺少的主要操作是

.

将气垫导轨调节水平[解析]为完成该实验,还缺少的主要操作是将气垫导轨调节水平.(2)实验中还需要测量的物理量有

(填数字序号).

①滑块的长度D;②遮光条的宽度d;③两个光电门之间的距离L;④滑块(含遮光条)的质量M;⑤钩码的质量m.②③④⑤

(3)对于滑块(含遮光条)和钩码组成的系统,重力势能的减少量ΔEp=

,动能的增加量ΔEk=

.(均用上述所给的字母表示)

mgL

(4)实验小组处理采集的多组数据并在坐标系ΔEp-ΔEk中描点作图,如图所示,若两轴的标度相同,造成该实验结果的原因是

.

[解析]根据ΔEp-ΔEk图像,若ΔEp=ΔEk,则直线倾角为45°,而现在图中直线倾角为42°,可知ΔEp<ΔEk,原因可能是滑块的重力做正功造成的,即气垫导轨没有调水平且B端偏低.气垫导轨没有调水平且B端偏低课后习题1．利用图8.5-2的装置做“验证机械能守恒定律”实验。（1）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是______________。A.交流电源B.刻度尺C.天平（含砝码）（2）实验中，先接通电源，再释放重物，得到图8.5-5所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化了多少？动能变化了多少？（3）很多实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增加量，你认为原因是什么？课后习题2.图8.5-6为一种利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”的实验装置。主要实验步骤如下：A.将气垫导轨放在水