8.5 实验：验证机械能守恒定律（教学课件）-高中物理人教版（2019）必修第二册(共18张PPT)

(共18张PPT)
第八章 机械能守恒定律
第5节 实验：机械能守恒定律
问题与目标
1.要弄清实验目的，本实验为验证性实验，目的是利用重物的自由下落验证机械能守恒定律。
2.培养学生的团结合作精神和协作意识，培养学生敢于提出与别人不同的见解。
机械能守恒的条件是什么 如果物体从空中自由下落或沿光滑斜面运动，物体的机械能是否守恒 本节课将从实验角度验证机械能守恒定律。
（一）实验目的
（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。
（二）实验原理
让物体自由下落，忽略阻力的情况下，物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒：
（1）以物体下落的起始点O为基准，测出物体下落高度h时的速度大小v，若 成立，则可验证物体的机械能守恒。
（2）测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，若 关系式成立，则物体的机械能守恒。
（三）实验器材
铁架台（带铁夹）、电磁打点计时器、重锤（带纸带夹子）、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。
（四）实验器材
（1）如图甲所示，把打点计时器固定在铁架台上（打点计时器的限位孔部分在桌子边缘以外），把打点计时器与电源连接，且开关断开。
（2）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，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。
（3）手持纸带上端保持竖直，先接通电源，后释放纸带，使其随重物一起自由下落。断开电源，从重物上取下纸带。
（4）换上新的纸带，重复步骤（2）（3），得到3~5条打好点的纸带。
（5）在打好点的纸带中挑选一条点迹清晰的纸带，在起始点标上0，以后各点依次标上1、2、3……如图乙所示，用刻度尺测出对应的下落高度h1、h2、h3……
（五）实验数据处理
（六）数据记录和处理
实验结论
图像是 ，图线的斜率表示 。
（七）误差分析
（1）本实验的误差主要有纸带测量产生的偶然误差、重物与纸带运动中由于空气阻力和打点计时器摩擦阻力引起的系统误差，使动能的增加量稍小于势能的减少量。
（2）测量时采取多次测量求平均值的方法可以减小偶然误差，安装打点计时器，使两限位孔中线竖直，并且选择质量适当大些，体积尽量小些的重物来减小系统误差。
（八）注意事项
课堂小练
1.在利用重锤自由落下验证机械能守恒定律的实验中，产生误差的主要原因是( )
A.重锤下落的实际高度大于测量值
B.重锤下落的实际高度小于测量值
C.重锤实际末速度v大于gt (g为重力加速度，t为下落时间)
D.重锤实际末速度v小于gt
D
2.做“验证机械能守恒定律”的实验时，下列说法正确的是( )
A.电磁打点计时器的限位孔保持竖直状态
B.实验时应先释放纸带再接通电源
C.在实验操作之前应先用天平称量重锤的质量
D.把电磁打点计时器固定在铁架台上，并用导线连接到低压直流电源上
A
3.某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。当气垫导轨正常工作时导轨两侧喷出的气体使滑块悬浮在导轨上方，滑块运动时与导轨间的阻力可忽略不计。在气垫导轨上相隔一定距离L的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图线。
（1）实验前，接通电源，将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的Δt1_______Δt2（填“>”“=”或“<”）时，说明气垫导轨已经水平。
（2）滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图像如图乙所示，Δt1、Δt2、遮光条宽度d、A与B间的距离L、滑块质量M、钩码质量m已知，若上述物理量间满足关系式_____________________________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。
（3）若遮光条宽度d=8.400mm，A、B间的距离L=160.00cm，Δt1=8.40×10-3s ，Δt2=4.20×10-3s，滑块质量M=180g，钩码Q质量m=20g，则滑块从A运动到B的过程中系统势能的减少量ΔEp=_______J，系统动能的增加量ΔEk=__________J。（g取9.80m/s2，计算结果保留三位有效数字）
=
0.314
0.300