高一下期物理人教版（2019）必修第二册 8.5实验：验证机械能守恒定律(共24张PPT)
文档属性
| 名称 | 高一下期物理人教版（2019）必修第二册 8.5实验：验证机械能守恒定律(共24张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-12-31 12:13:24 | ||
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文档简介
(共24张PPT)
第八章 机械能守恒定律
8.5 实验：验证机械能守恒定律
新课引入
0
小球的摆动
x
y
平抛运动
钩码拉动滑块的运动
自由落体运动
如何用实验验证机械能守恒定律？
【方案一】研究自由下落物体的机械能
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
夹子
纸带
重物
？
实验器材
实验方案
1
测量物理量
根据重力势能和动能的定义，很自然想到，需要测量物体的质量、物体所处位置的高度以及物体运动的速度这三个物理量.
本实验要不要测量物体的质量？
mgh =
mv 2
1
2
gh =
v 2
1
2
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。
实验方案
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 2
1
2
1
2
x = gt2 = ×9.8×0.022m ≈2×10-3m = 2 mm
1
2
h
起始点
对于实际获得的纸带，如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？
纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。
实验方案
1
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：mgΔh=
Δh
A
B
实验方案
1
怎样测定第n个点的瞬时速度？
O
n
sn
sn+1
dn
dn+1
dn-1
测出第n个点的相邻前、后两段相等时间T内下落的距离sn和sn+1
由公式 ，或由 算出
实验方案
1
第1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。
第2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。
问题：计算物体的速度，可有三种方法，哪种方法不合适？为什么？
实验方案
1
实验步骤
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。
3.更换纸带，重复几次。
4.选择合适的纸带，处理数据。
实验方案
1
测量点n 1 2 3 4 5 6
高度hn /m
速度vn /(m/s)
势能Ep /J
动能Ek /J
数据记录
实验方案
1
研究自由下落物体的机械能，需要验证的关系？
物体在选定的位置上动能和势能的和是否满足
？
也可以计算重物在某两点间的动能变化和势能变化是否满足
？
若物体从初始位置静止下落，也可以验证物体下落 是否满足
？
数据分析
实验方案
1
数据处理
1.求瞬时速度
2.守恒验证
方法一:利用起始点。
实验方案
1
数据处理
实验方案
1
数据处理
方法三:图象法。
从纸带上选取多个点,测量从第一个点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的二次方v2,然后以v2为纵轴, 以h为横轴,根据实验数据绘出 v2-h图线。
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。
实验方案
1
误差分析
1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力 (空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk 稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差．改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．
2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．减小误差的办法是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值．
3．打点计时器产生的误差
(1)由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差；
(2)计数点选择不好，振动片振动不均匀，纸带放置方法不正确引起摩擦，造成实验误差．
实验方案
1
注意事项
1．应尽可能控制实验条件，即应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，可使空气阻力减小．
实验方案
1
【方案二】研究沿斜面下滑物体的机械能
气垫导轨及其附件、气源、电脑通用计数器、电子天平
实验器材
电子称测物体的质量
实验方案
1
物体沿倾斜导轨下滑，下落过程中经过两光电门，两光电门的高度，用刻度尺测量，则减少的重力势能为mgh；用光电门处测量滑块的瞬时速度，质量用天平测出.
测量物理量
实验方案
1
1.如何选择挡光片的距离？过大或过小对速度的测量各有什么影响
2. 用平均速度代替瞬时速度对本实验的结果影响如何？
实验方案
1
【方案三】利用频闪照片验证机械能守恒
比例1:1 频闪时间间隔T
实验方案
1
验证机械能守恒定律
实验方法
速度测量
注意事项
中间时刻的瞬时速度与这段时间上的平均速度的数值相等
实验的结果受阻力影响重物的质量不必测量多做几次反复验证
用mgh表示重力势能的减少量
用 表示动能的增加量
比较两者是否相等
小结
2
1．在验证机械能守恒定律实验中,纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示,其中最合适的是( )
答案：D
课堂练习
3
2.在验证机械能守恒定律时，如果以 为纵轴以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。
过原点的倾斜直线
0
h
g
解题关键：根据实验原理 推导 与h表达式
课堂练习
3
（3）如果所打的纸带，前几个点不清晰，其它点清晰，试说明用这样的纸带怎样验证机械能守恒定律。
3.在验证机械能守恒定律的实验中：
（1）除打点计时器、电源、重锤、纸带以外，在下面的测量仪器中，必需使用的是_______。
A、天平 B、弹簧秤 C、刻度尺 D、秒表
在纸带上选取A、B两点，测出 计算出重力势能的减小量，求出 计算动能的增加量，在误差范围内验证：
C
（2）如果以 为纵轴，以h为横轴，由实验数据描出的图线是一条通过原点的直线，那么该直线的斜率等于
h
实验当地的重力加速度
课堂练习
3
第八章 机械能守恒定律
8.5 实验：验证机械能守恒定律
新课引入
0
小球的摆动
x
y
平抛运动
钩码拉动滑块的运动
自由落体运动
如何用实验验证机械能守恒定律？
【方案一】研究自由下落物体的机械能
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
夹子
纸带
重物
？
实验器材
实验方案
1
测量物理量
根据重力势能和动能的定义，很自然想到，需要测量物体的质量、物体所处位置的高度以及物体运动的速度这三个物理量.
本实验要不要测量物体的质量？
mgh =
mv 2
1
2
gh =
v 2
1
2
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。
实验方案
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 2
1
2
1
2
x = gt2 = ×9.8×0.022m ≈2×10-3m = 2 mm
1
2
h
起始点
对于实际获得的纸带，如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？
纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。
实验方案
1
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：mgΔh=
Δh
A
B
实验方案
1
怎样测定第n个点的瞬时速度？
O
n
sn
sn+1
dn
dn+1
dn-1
测出第n个点的相邻前、后两段相等时间T内下落的距离sn和sn+1
由公式 ，或由 算出
实验方案
1
第1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。
第2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。
问题：计算物体的速度，可有三种方法，哪种方法不合适？为什么？
实验方案
1
实验步骤
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。
3.更换纸带，重复几次。
4.选择合适的纸带，处理数据。
实验方案
1
测量点n 1 2 3 4 5 6
高度hn /m
速度vn /(m/s)
势能Ep /J
动能Ek /J
数据记录
实验方案
1
研究自由下落物体的机械能，需要验证的关系？
物体在选定的位置上动能和势能的和是否满足
？
也可以计算重物在某两点间的动能变化和势能变化是否满足
？
若物体从初始位置静止下落，也可以验证物体下落 是否满足
？
数据分析
实验方案
1
数据处理
1.求瞬时速度
2.守恒验证
方法一:利用起始点。
实验方案
1
数据处理
实验方案
1
数据处理
方法三:图象法。
从纸带上选取多个点,测量从第一个点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的二次方v2,然后以v2为纵轴, 以h为横轴,根据实验数据绘出 v2-h图线。
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。
实验方案
1
误差分析
1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力 (空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk 稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差．改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．
2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．减小误差的办法是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值．
3．打点计时器产生的误差
(1)由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差；
(2)计数点选择不好，振动片振动不均匀，纸带放置方法不正确引起摩擦，造成实验误差．
实验方案
1
注意事项
1．应尽可能控制实验条件，即应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，可使空气阻力减小．
实验方案
1
【方案二】研究沿斜面下滑物体的机械能
气垫导轨及其附件、气源、电脑通用计数器、电子天平
实验器材
电子称测物体的质量
实验方案
1
物体沿倾斜导轨下滑，下落过程中经过两光电门，两光电门的高度，用刻度尺测量，则减少的重力势能为mgh；用光电门处测量滑块的瞬时速度，质量用天平测出.
测量物理量
实验方案
1
1.如何选择挡光片的距离？过大或过小对速度的测量各有什么影响
2. 用平均速度代替瞬时速度对本实验的结果影响如何？
实验方案
1
【方案三】利用频闪照片验证机械能守恒
比例1:1 频闪时间间隔T
实验方案
1
验证机械能守恒定律
实验方法
速度测量
注意事项
中间时刻的瞬时速度与这段时间上的平均速度的数值相等
实验的结果受阻力影响重物的质量不必测量多做几次反复验证
用mgh表示重力势能的减少量
用 表示动能的增加量
比较两者是否相等
小结
2
1．在验证机械能守恒定律实验中,纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示,其中最合适的是( )
答案：D
课堂练习
3
2.在验证机械能守恒定律时，如果以 为纵轴以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。
过原点的倾斜直线
0
h
g
解题关键：根据实验原理 推导 与h表达式
课堂练习
3
（3）如果所打的纸带，前几个点不清晰，其它点清晰，试说明用这样的纸带怎样验证机械能守恒定律。
3.在验证机械能守恒定律的实验中：
（1）除打点计时器、电源、重锤、纸带以外，在下面的测量仪器中，必需使用的是_______。
A、天平 B、弹簧秤 C、刻度尺 D、秒表
在纸带上选取A、B两点，测出 计算出重力势能的减小量，求出 计算动能的增加量，在误差范围内验证：
C
（2）如果以 为纵轴，以h为横轴，由实验数据描出的图线是一条通过原点的直线，那么该直线的斜率等于
h
实验当地的重力加速度
课堂练习
3