8.5 实验:验证机械能守恒定律-高中物理 人教版 必修二(共23张PPT)

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名称 8.5 实验:验证机械能守恒定律-高中物理 人教版 必修二(共23张PPT)
格式 pptx
文件大小 73.8MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2023-05-22 17:24:01

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文档简介

(共23张PPT)
8.5 实验:验证机械能守恒定律
机械能守恒定律告诉我们,在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。下面我们通过实验验证机械能守恒定律。
思考:机械能守恒定律的条件是只有重力或弹力做功,满足这一条件的过程有哪些?
物体做自由落体运动;
物体沿着光滑斜面运动;
用细线悬挂的小球的摆动……
一、实验思路
二、物理量的测量
根据公式 可知,需要测量
物体的质量、物体所处位置的高度、物体的运动速度。
三、数据处理
可以验证是否满足
也可以验证是否满足
在自由落体运动中,若物体下落高度h 时的速度为v,则由机械能守恒定律可知:mgh。
h
v
1、实验原理
方案一 研究做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。
2、实验器材
铁架台
重物
打点计时器
纸带
(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。
3、实验步骤
本方案要不要测量物体的质量?
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。
mgh
gh
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)。
h
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。
问题2
ghv2
起始点
如何挑选纸带?
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=EkB。
Δh
A
B
问题3
如何测量物体的瞬时速度
要确定物体的动能,需测出物体下落一定高度时的速度。根据已学过知识,
可有三种方法,本实验方案应采取哪种方法?
1、 2、 3、
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4
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
4、数据记录
想一想:可不可以用图象处理数据
图象法处理数据
该图象的斜率表示什么?
为什么图象通过原点?
0
h
v2
ghv2
(1)偶然误差:测量长度时会带来误差
(2)系统误差:实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功,故动能的增加量ΔEk 必定稍小于势能的减少量ΔEp 。
6、注意事项
5、误差分析
(1)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,以减小阻力的影响。
(2)实验中,提纸带的手要保持不动,且保证纸带竖直.接通电源后,等打点计时器工作稳定再松开纸带。
(3)选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带。
(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。
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视频:用自由落体运动验证机械能守恒定律的过程
例1 利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置示意图如图所示。
拓展 方案二 利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”
(1)实验步骤:
A.将气垫导轨放在水平桌面上,桌面高度不低于1 m,将导轨调至水平.
B.用游标卡尺测出挡光条的宽度为l=60.0 mm。
C.由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x=______cm。
6.00
D.将滑块移至光电门1左侧某处,待砝码静止时释放滑块,要求砝码落地前挡光条已通过光电门2.
E.从数字计时器上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2.
F.用天平称出滑块和挡光条的总质量M,再称出托盘和砝码的总质量m.
用表示直接测量的字母写出下列物理量的表达式.
(2)在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中,系统势能的减少ΔEp=mgx.
(3)如果 ,则可认为验证了机械能守恒定律.
【解析】
(1)x=83mm 23mm=60mm=0.6cm
(2)系统势能的减少ΔEp=mgx
(3)经过两个光电门的速度分别为:v1=,v2=,
动能的变化量为:ΔEk=(M+m)(),
故如果ΔEp=ΔEk=(M+m),
则可认为验证了机械能守恒定律.
例2 在“验证机械能守恒定律”实验中,某研究小组采用了如图甲所示的实验装置,实验的主要步骤是:在一根不可伸长的细线一端系一金属小球,另一端固定于O点,记下小球静止时球心的位置A,在A处放置一个光电门,现将小球拉至球心距A高度为h处由静止释放,记下小球通过光电门时的挡光时间Δt.
拓展 方案四 用细线悬挂的小球的摆动“验证机械能守恒定律”
(1)如图乙,用游标卡尺测得小球的直径d=______cm;
(2)该同学测出一组数据如下:高度h=0.21 m,挡光时间Δt=0.0052 s,设小球质量为m=100 g,g=9.8 m/s2。计算小球重力势能的减少量
ΔEp= J,动能的增加量ΔEk= J,得出的结论是: ,分析误差产生的原因是 。
【解析】 (1) 10mm+ 4×0.1mm=10.4 mm=1.04 cm
(2)小球重力势能的减少量ΔEp=mgh=0.1×9.8×0.21 J≈0.206 J.
小球通过最低点的速度v== m/s=2 m/s
则动能的增加量ΔEk=mv2=×0.1×22 J=0.200 J
1.04
0.206
0.200
在实验误差允许范围内,小球机械能守恒
克服空气阻力做功
例3 用如图所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。如图所示,给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出),所用电源的频率为50 Hz,计数点间的距离如图所示.已知m1=50 g、m2=150 g,则:(结果均保留两位有效数字)。
拓展 方案五
(1)在之带上打下计数点5时的速度v5= m/s。(2)在打下第0点到打下第5点的过程中系统动能的增量 J,系统重力势能的减少量 J,取当地重力加速度 g =10m/s2。
(3)若某同学作出的图像如图所示,则当地的重力加速度g= m/s2。
h(m)
1.20
5.82
v2/2(m2/s2)
0
【解析】
(1)v5= m/s=2.4 m/s
(2)ΔEk=(m1+m2) v5-0≈0.58 J
ΔEp=m2gh5-m1gh5=0.60 J
(3)由(m2-m1)gh=(m1+m2) v2
知 v2=
即图线的斜率 k=
解得g=9.7 m/s2
2.4
0.58
0.60
9.7
T
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