物理人教版（2019）必修第二册8.5验证机械能守恒定律（共36张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第二册8.5验证机械能守恒定律（共36张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 33.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-06-26 08:14:37 | ||
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文档简介
(共36张PPT)
8.5实验 验证机械能守恒定律
人教版（2019）物理（必修第二册）
第八章 机械能守恒定律
课堂导入
1、什么叫机械能守恒？
2、机械能守恒的条件是什么？
3、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？
4、质量为m的物体从O点自由下落，以地面为零参考面，经过A、B两点的速度分别为VA和VB，A、B两点距地面的高度分别为hA、hB。如何推导机械能守恒的表达式？
5、我们可以通过什么样的实验来验证这一定律呢？
实验目的：验证机械能守恒定律
一、实验思路
1. 自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件。
2. 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(如图)，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。
3. 用细线悬挂的小球摆动时，细线的拉力与小球的运动方向垂直，对小球不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。
二、测量物理量
需要测量三个物理量：物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度。
注意：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；如果只是验证机械能守恒定律可以不测物体的质量。
三、实验方案设计及其数据处理
问题：你觉得我们要按照什么样的思路设计实验验证，我们如何设计实验方案。
方案一：自由落体
方案二：光滑斜面
方案三：系统守恒
... ....
三、实验方案设计及其数据处理
【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
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.
三、实验方案设计及其数据处理
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。
三、实验方案设计及其数据处理
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。
三、实验方案设计及其数据处理
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
三、实验方案设计及其数据处理
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？
三、实验方案设计及其数据处理
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
三、实验方案设计及其数据处理
1.求瞬时速度
2.守恒验证
方法一:利用起始点。
三、实验方案设计及其数据处理
数据处理
三、实验方案设计及其数据处理
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。
三、实验方案设计及其数据处理
三、实验方案设计及其数据处理
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．
三、实验方案设计及其数据处理
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．
误差分析
三、实验方案设计及其数据处理
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．
三、实验方案设计及其数据处理
【实验方案2】研究沿斜面下滑物体的机械能
1.实验器材
气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。
2.实验装置
如图所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。
三、实验方案设计及其数据处理
3.实验测量及数据处理
4.误差分析
两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越____，误差越小。
窄
三、实验方案设计及其数据处理
三、实验方案设计及其数据处理
【方案三】系统守恒
1.实验原理：
砝码通过绕过定滑轮的细线牵连静止放在气垫导轨上的滑块，从静止释放。设砝码和托盘总质量为m，滑块和挡光条总质量为M。
由m1和m2组成的系统，m2>m1,将m2由静止，系统重力势能的减少量等于动能的增加量。
三、实验方案设计及其数据处理
其他创新设计
如图，悬挂在O点的小球摆到最低点时恰好与桌面接触但没有弹力，D处(箭头所指处)放一锋利的刀片，细线到达竖直位置时能被割断，小球做平抛运动落到地面，P是一刻度尺。该方案只需利用刻度尺测量A位置到桌面的高度H、桌面到地面的高度h及小球平抛运动的水平位移x即可验证机械能守恒。
三、实验方案设计及其数据处理
其他创新设计
请尝试说出以下装置如何验证机械能守恒？
课堂小结
课堂练习
1.(实验器材)在做验证机械能守恒定律的实验时,以下说法正确的是( )
A.选用重锤时,密度大体积小的比密度小体积大的好
B.选用重锤时,密度小体积大的比密度大体积小的好
C.选用的重锤一定要测其质量
D.重锤的质量大小与实验准确性无关
答案:A
解析:验证机械能守恒定律实验中,由于重物要克服空气阻力做功,从而产生系统误差,选用密度大体积小的重锤能减小空气阻力的影响,从而减小误差,A正确,B、D错误。因验证量中都含有质量,可以消去,故不用测重锤的质量,C错误。
课堂练习
2.(实验步骤)某同学为验证机械能守恒定律制定了如下实验步骤:
A.用天平称出重物的质量
B.把纸带固定到重物上,并把纸带穿过打点计时器,提升到一定高度
C.拆掉导线,整理仪器
D.断开电源,换上新纸带,重做两次
E.用停表测出重物下落的时间
F.用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离,记录数据,并计算出结果,得出结论
G.把打点计时器接到低压交变电源上
H.接通电源,释放纸带
I. 把打点计时器接到低压直流电源上
J. 把打点计时器固定到桌边的铁架台上
上述实验步骤中错误的是 ,可有可无的是 ,其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是 。(均只需填步骤的代号)
课堂练习
答案:E,I A JGBHDCF
解析:对于物理实验,掌握实验原理和操作方法是最基本的要求。只有掌握了实验原理,才能判断出实验步骤中哪些是错误的,哪些是必要的;只有亲自动手进行认真的操作,才能正确地对实验步骤按序排列。
上述实验步骤中错误的是E和I,因为实验中不用测定时间,打点计时器应使用低压交流电源。可有可无的实验步骤是A。其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是JGBHDCF。
课堂练习
3.(数据处理)某次验证机械能守恒定律的实验中,用8 V、50 Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带,如图所示,O点为重锤下落的起点,选取的计数点为A、B、C、D,各计数点到O点的长度已在图上标出,单位为毫米,重力加速度取9.8 m/s2,重锤质量为1 kg。
(1)打点计时器打出B点时,重锤下落的速度vB= m/s,重锤的动能EkB= J。
课堂练习
(2)从开始下落算起,打点计时器打B点时,重锤的重力势能减小量为 J。
(3)根据纸带提供的数据,在误差允许的范围内,重锤从静止开始到打出B点的过程中,得到的结论是 。
答案:(1)1.17 0.68 (2)0.69 (3)机械能守恒
课堂练习
解析:(1)重锤下落的速度
(2)打点计时器打B点时,重锤的重力势能减少量
ΔEp减=mghOB=1×9.8×70.5×10-3 J=0.69 J。
(3)由(1)、(2)计算结果可知,重锤下落过程中,在实验允许的误差范围内,动能的增加量等于其重力势能的减少量,机械能守恒。
课堂练习
4.(实验方案)验证机械能守恒定律的实验可以采用如图所示的甲或乙方案来进行。
课堂练习
(1)比较这两种方案, (选填“甲”或“乙”)方案好些。
(2)图丙是某种方案得到的一条纸带,测得每两个计数点间距离如图所示,已知每两个计数点之间的时间间隔T=0.1 s,物体运动的加速度a= m/s2(结果保留三位有效数字);该纸带是采用 (选填“甲”或“乙”)实验方案得到的。
课堂练习
D.vN=g(n-1)T
答案:(1)甲 (2)4.83 乙 (3)BC
(3)图丁是采用甲方案时得到的一条纸带,在计算图中N点速度时,几位同学分别用下列不同的方法进行,其中正确的是
( )
A.vN=gnT
课堂练习
解析:(1)比较甲、乙两种方案,乙方案中产生的阻力对实验的影响大于甲方案,因此甲方案好些。
(2)由题意得a= =4.83 m/s2,所以该纸带是采用乙实验方案得到的。
(3)计算N点速度应利用实验得到的纸带,经测量计算得出,所以应选B、C。
多谢欣赏！
8.5实验 验证机械能守恒定律
人教版（2019）物理（必修第二册）
第八章 机械能守恒定律
课堂导入
1、什么叫机械能守恒？
2、机械能守恒的条件是什么？
3、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？
4、质量为m的物体从O点自由下落，以地面为零参考面，经过A、B两点的速度分别为VA和VB，A、B两点距地面的高度分别为hA、hB。如何推导机械能守恒的表达式？
5、我们可以通过什么样的实验来验证这一定律呢？
实验目的：验证机械能守恒定律
一、实验思路
1. 自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件。
2. 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(如图)，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。
3. 用细线悬挂的小球摆动时，细线的拉力与小球的运动方向垂直，对小球不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。
二、测量物理量
需要测量三个物理量：物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度。
注意：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；如果只是验证机械能守恒定律可以不测物体的质量。
三、实验方案设计及其数据处理
问题：你觉得我们要按照什么样的思路设计实验验证，我们如何设计实验方案。
方案一：自由落体
方案二：光滑斜面
方案三：系统守恒
... ....
三、实验方案设计及其数据处理
【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
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.
三、实验方案设计及其数据处理
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。
三、实验方案设计及其数据处理
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。
三、实验方案设计及其数据处理
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
三、实验方案设计及其数据处理
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？
三、实验方案设计及其数据处理
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
三、实验方案设计及其数据处理
1.求瞬时速度
2.守恒验证
方法一:利用起始点。
三、实验方案设计及其数据处理
数据处理
三、实验方案设计及其数据处理
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。
三、实验方案设计及其数据处理
三、实验方案设计及其数据处理
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．
三、实验方案设计及其数据处理
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．
误差分析
三、实验方案设计及其数据处理
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．
三、实验方案设计及其数据处理
【实验方案2】研究沿斜面下滑物体的机械能
1.实验器材
气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。
2.实验装置
如图所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。
三、实验方案设计及其数据处理
3.实验测量及数据处理
4.误差分析
两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越____，误差越小。
窄
三、实验方案设计及其数据处理
三、实验方案设计及其数据处理
【方案三】系统守恒
1.实验原理：
砝码通过绕过定滑轮的细线牵连静止放在气垫导轨上的滑块，从静止释放。设砝码和托盘总质量为m，滑块和挡光条总质量为M。
由m1和m2组成的系统，m2>m1,将m2由静止，系统重力势能的减少量等于动能的增加量。
三、实验方案设计及其数据处理
其他创新设计
如图，悬挂在O点的小球摆到最低点时恰好与桌面接触但没有弹力，D处(箭头所指处)放一锋利的刀片，细线到达竖直位置时能被割断，小球做平抛运动落到地面，P是一刻度尺。该方案只需利用刻度尺测量A位置到桌面的高度H、桌面到地面的高度h及小球平抛运动的水平位移x即可验证机械能守恒。
三、实验方案设计及其数据处理
其他创新设计
请尝试说出以下装置如何验证机械能守恒？
课堂小结
课堂练习
1.(实验器材)在做验证机械能守恒定律的实验时,以下说法正确的是( )
A.选用重锤时,密度大体积小的比密度小体积大的好
B.选用重锤时,密度小体积大的比密度大体积小的好
C.选用的重锤一定要测其质量
D.重锤的质量大小与实验准确性无关
答案:A
解析:验证机械能守恒定律实验中,由于重物要克服空气阻力做功,从而产生系统误差,选用密度大体积小的重锤能减小空气阻力的影响,从而减小误差,A正确,B、D错误。因验证量中都含有质量,可以消去,故不用测重锤的质量,C错误。
课堂练习
2.(实验步骤)某同学为验证机械能守恒定律制定了如下实验步骤:
A.用天平称出重物的质量
B.把纸带固定到重物上,并把纸带穿过打点计时器,提升到一定高度
C.拆掉导线,整理仪器
D.断开电源,换上新纸带,重做两次
E.用停表测出重物下落的时间
F.用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离,记录数据,并计算出结果,得出结论
G.把打点计时器接到低压交变电源上
H.接通电源,释放纸带
I. 把打点计时器接到低压直流电源上
J. 把打点计时器固定到桌边的铁架台上
上述实验步骤中错误的是 ,可有可无的是 ,其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是 。(均只需填步骤的代号)
课堂练习
答案:E,I A JGBHDCF
解析:对于物理实验,掌握实验原理和操作方法是最基本的要求。只有掌握了实验原理,才能判断出实验步骤中哪些是错误的,哪些是必要的;只有亲自动手进行认真的操作,才能正确地对实验步骤按序排列。
上述实验步骤中错误的是E和I,因为实验中不用测定时间,打点计时器应使用低压交流电源。可有可无的实验步骤是A。其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是JGBHDCF。
课堂练习
3.(数据处理)某次验证机械能守恒定律的实验中,用8 V、50 Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带,如图所示,O点为重锤下落的起点,选取的计数点为A、B、C、D,各计数点到O点的长度已在图上标出,单位为毫米,重力加速度取9.8 m/s2,重锤质量为1 kg。
(1)打点计时器打出B点时,重锤下落的速度vB= m/s,重锤的动能EkB= J。
课堂练习
(2)从开始下落算起,打点计时器打B点时,重锤的重力势能减小量为 J。
(3)根据纸带提供的数据,在误差允许的范围内,重锤从静止开始到打出B点的过程中,得到的结论是 。
答案:(1)1.17 0.68 (2)0.69 (3)机械能守恒
课堂练习
解析:(1)重锤下落的速度
(2)打点计时器打B点时,重锤的重力势能减少量
ΔEp减=mghOB=1×9.8×70.5×10-3 J=0.69 J。
(3)由(1)、(2)计算结果可知,重锤下落过程中,在实验允许的误差范围内,动能的增加量等于其重力势能的减少量,机械能守恒。
课堂练习
4.(实验方案)验证机械能守恒定律的实验可以采用如图所示的甲或乙方案来进行。
课堂练习
(1)比较这两种方案, (选填“甲”或“乙”)方案好些。
(2)图丙是某种方案得到的一条纸带,测得每两个计数点间距离如图所示,已知每两个计数点之间的时间间隔T=0.1 s,物体运动的加速度a= m/s2(结果保留三位有效数字);该纸带是采用 (选填“甲”或“乙”)实验方案得到的。
课堂练习
D.vN=g(n-1)T
答案:(1)甲 (2)4.83 乙 (3)BC
(3)图丁是采用甲方案时得到的一条纸带,在计算图中N点速度时,几位同学分别用下列不同的方法进行,其中正确的是
( )
A.vN=gnT
课堂练习
解析:(1)比较甲、乙两种方案,乙方案中产生的阻力对实验的影响大于甲方案,因此甲方案好些。
(2)由题意得a= =4.83 m/s2,所以该纸带是采用乙实验方案得到的。
(3)计算N点速度应利用实验得到的纸带,经测量计算得出,所以应选B、C。
多谢欣赏！