物理人教版（2019）必修第二册8.5验证机械能守恒定律（共23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23张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 391.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-07-19 08:55:29 | ||
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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
1.明确验证机械能守恒定律的基本思路并能进行相关物理量的测量.
2.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因
1.物体在自由下落时，如果机械能守恒，那么它的重力势能的减少量就应该等于动能的增加量。
h
v
看它们在实验误差允许的范围内是否是相等
借助自由落体运动来验证机械能守恒定律
一、实验目的
二、实验原理
若从下落起点计算 ，
根据打出的纸带如何计算某点的瞬时速度？例如vn
二、实验原理
某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度
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
三、实验器材
四、实验步骤
1. 把打点计时器竖直地固定在铁架台上，接好电路，（注意电源是交流电源,且电火花：220V，电磁打点计时器：4-6V）。
2.将纸带固定在重锤上，让纸带穿过打点计时器，手提着纸带使重锤靠近打点计时器，如图所示。
3.接通电源，释放纸带让重物自由下落，
计时器就在纸带上打出一系列点来.
4.换几条纸带，重复上述步骤.
5.在打出的纸带中选择点迹清晰，第1、2点间距约为2毫米的纸带，在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3……用刻度尺测出对应下落高度h1、h2……hn，利用公式 ，计算出点1、点2、点3……的瞬时速度v1、v2、v3……vn. 填入实验记录表格中。
6. 计算各点对应的重力势能减小量 和动能增加量 的值，进行比较，得出结论。
1.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
思考：
2.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
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。
3.可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）
hAB
A
B
思考：
五、实验注意事项：
（1）打点计时器应竖直固定。必须使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。
（2）实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，计时器工作正常后才松开纸带。
（3）尽量选用第一、二点间距接近2 mm的纸带。
（4）测量下落高度时，为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远一些，纸带的有效长度可在60 cm～80 cm.
（5）不需要测量重物的质量.因不需要知道动能和势能的具体数值。
h V 势能减少量EP减 动能增加量
EK增
1
2
3
4
通过本实验，我们可以得到的结论是？
六、数据记录与数据处理
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。
0
h
v 2
1
2
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？
思考与讨论：实验中，重锤的重力势能减少量略大于其动能增加量。原因是什么呢？
七、误差分析：
其原因是下落中克服阻力做功，机械能略有减少。
八、实验改进：
物体下落过程中通过某一位置时的速度可以用光电计时器测出来，利用这种装置验证机械能守恒定律，能消除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系统误差。
例1. (2021·江苏南通市高一期中)实验小组用“自由落体法”验证机械能守恒定律，实验装置如图甲.
(1)下列操作或分析中正确的有________；
A.必须要称出重锤的质量
B.打点计时器两限位孔必须在同一竖直线上
C.实验时，应先打开电源，再释放重锤
D.可以用v＝gt 或v＝ 计算某点的速度
BC
(2)小明同学选出一条清晰的纸带如图乙，其中O点为计时器打下的第一个点，A、B、C为纸带上三个连续打出的点，打点计时器所接交变电源的频率为50 Hz，测得OA、OB、OC间的距离如图，重锤的质量为1.00 kg，g取9.8 m/s2，则打点计时器打下B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了ΔEp＝______J，重锤动能的增加量为ΔEk＝______J(结果均保留三位有效数字)，在误差允许的范围内，ΔEp≈ΔEk，则验证了机械能守恒定律；
1.88
1.84
例2. 为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有____________________________；
缺少的器材是 ，
例3. 在验证机械能守恒定律时，如果以v2/2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。
秒表、低压直流电源、天平
g
低压交流电源、重锤、刻度尺
通过原点的直线
例4. 在“验证机械能守恒定律”的实验中：
(1)现有器材是：打点计时器；低压电源；纸带；带夹子的重物；刻度尺；天平；导线；铁架台。其中该实验不需要的器材是______。
(2)实验中，要从几条打上点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近 _____mm并且点迹清晰的纸带进行测量。
(3)某学生在实验中器材安装正确，操作规范，所用交流电的频率为50Hz，但验证结果是重物增加的动能稍小于它减少的重力势能，其主要原因是_____________________________________。
天平
纸带受到的摩擦和空气阻力做负功
2
例5. 某学生在验证机械能守恒定律的实验中有如下操作步骤，试按合理的顺序步骤序号填在下面的线上：____________________________________．
A．断开电源，取下纸带，选出前两个点间距离接近2mm的纸带；
B．把纸带固定在重锤上；
C．将纸带穿过打点计时器，并把纸带上提使重锤停在靠近打点计时器的地方；
D．把打点计时器固定在放于桌边的铁架台上，并与低压交流电源相连接；
E．接通电源，同时释放纸带；
F．求出重锤重力势能的减少量△EP和动能的增加量△EK，比较△EP和△EK得出实验结论；
G．用刻度尺量出所选取的计数点到打下的第一个点0之间的距离．
DBCE AG F
例6. 在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2……为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为___________________________ ， 在打第5个计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为__________________。
（s6+s5+s4-s3-s2–s1）/9T2
（s5+ s6）/2T
例7. 某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz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9.8m/s2，若重锤质量为1kg。
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。
1.175
0.69
②从开始下落算起，打点计时器打B点时的重
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 。
机械能守恒
0.69
例8. 斜面长100cm，高60cm，某同学以质量为400g的小车沿斜面下滑来验证机械能守恒定律，他从记录小车运动的打点纸带上选取了A、B、C、D四个计数点，已知每相邻两点间对应的时间间隔为0.1s，A与B、B与C、C与D之间的距离分别为10cm、15cm、20cm，则小车由纸带上对应打B点时运动到打C点时，小车动能增加了_________________J，重力势能减小了__________________J．实际上此过程机械能并不守恒是由于_____________________ ，若减小斜面倾角，将使本实验的误差__________．（填“增大”、“减小”、“不变”）．
增大
0.3
0.35
摩擦力对小车做了功
8.5实验：
验证机械能守恒定律
1.明确验证机械能守恒定律的基本思路并能进行相关物理量的测量.
2.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因
1.物体在自由下落时，如果机械能守恒，那么它的重力势能的减少量就应该等于动能的增加量。
h
v
看它们在实验误差允许的范围内是否是相等
借助自由落体运动来验证机械能守恒定律
一、实验目的
二、实验原理
若从下落起点计算 ，
根据打出的纸带如何计算某点的瞬时速度？例如vn
二、实验原理
某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度
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
三、实验器材
四、实验步骤
1. 把打点计时器竖直地固定在铁架台上，接好电路，（注意电源是交流电源,且电火花：220V，电磁打点计时器：4-6V）。
2.将纸带固定在重锤上，让纸带穿过打点计时器，手提着纸带使重锤靠近打点计时器，如图所示。
3.接通电源，释放纸带让重物自由下落，
计时器就在纸带上打出一系列点来.
4.换几条纸带，重复上述步骤.
5.在打出的纸带中选择点迹清晰，第1、2点间距约为2毫米的纸带，在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3……用刻度尺测出对应下落高度h1、h2……hn，利用公式 ，计算出点1、点2、点3……的瞬时速度v1、v2、v3……vn. 填入实验记录表格中。
6. 计算各点对应的重力势能减小量 和动能增加量 的值，进行比较，得出结论。
1.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
思考：
2.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
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。
3.可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）
hAB
A
B
思考：
五、实验注意事项：
（1）打点计时器应竖直固定。必须使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。
（2）实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，计时器工作正常后才松开纸带。
（3）尽量选用第一、二点间距接近2 mm的纸带。
（4）测量下落高度时，为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远一些，纸带的有效长度可在60 cm～80 cm.
（5）不需要测量重物的质量.因不需要知道动能和势能的具体数值。
h V 势能减少量EP减 动能增加量
EK增
1
2
3
4
通过本实验，我们可以得到的结论是？
六、数据记录与数据处理
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。
0
h
v 2
1
2
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？
思考与讨论：实验中，重锤的重力势能减少量略大于其动能增加量。原因是什么呢？
七、误差分析：
其原因是下落中克服阻力做功，机械能略有减少。
八、实验改进：
物体下落过程中通过某一位置时的速度可以用光电计时器测出来，利用这种装置验证机械能守恒定律，能消除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系统误差。
例1. (2021·江苏南通市高一期中)实验小组用“自由落体法”验证机械能守恒定律，实验装置如图甲.
(1)下列操作或分析中正确的有________；
A.必须要称出重锤的质量
B.打点计时器两限位孔必须在同一竖直线上
C.实验时，应先打开电源，再释放重锤
D.可以用v＝gt 或v＝ 计算某点的速度
BC
(2)小明同学选出一条清晰的纸带如图乙，其中O点为计时器打下的第一个点，A、B、C为纸带上三个连续打出的点，打点计时器所接交变电源的频率为50 Hz，测得OA、OB、OC间的距离如图，重锤的质量为1.00 kg，g取9.8 m/s2，则打点计时器打下B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了ΔEp＝______J，重锤动能的增加量为ΔEk＝______J(结果均保留三位有效数字)，在误差允许的范围内，ΔEp≈ΔEk，则验证了机械能守恒定律；
1.88
1.84
例2. 为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有____________________________；
缺少的器材是 ，
例3. 在验证机械能守恒定律时，如果以v2/2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。
秒表、低压直流电源、天平
g
低压交流电源、重锤、刻度尺
通过原点的直线
例4. 在“验证机械能守恒定律”的实验中：
(1)现有器材是：打点计时器；低压电源；纸带；带夹子的重物；刻度尺；天平；导线；铁架台。其中该实验不需要的器材是______。
(2)实验中，要从几条打上点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近 _____mm并且点迹清晰的纸带进行测量。
(3)某学生在实验中器材安装正确，操作规范，所用交流电的频率为50Hz，但验证结果是重物增加的动能稍小于它减少的重力势能，其主要原因是_____________________________________。
天平
纸带受到的摩擦和空气阻力做负功
2
例5. 某学生在验证机械能守恒定律的实验中有如下操作步骤，试按合理的顺序步骤序号填在下面的线上：____________________________________．
A．断开电源，取下纸带，选出前两个点间距离接近2mm的纸带；
B．把纸带固定在重锤上；
C．将纸带穿过打点计时器，并把纸带上提使重锤停在靠近打点计时器的地方；
D．把打点计时器固定在放于桌边的铁架台上，并与低压交流电源相连接；
E．接通电源，同时释放纸带；
F．求出重锤重力势能的减少量△EP和动能的增加量△EK，比较△EP和△EK得出实验结论；
G．用刻度尺量出所选取的计数点到打下的第一个点0之间的距离．
DBCE AG F
例6. 在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2……为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为___________________________ ， 在打第5个计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为__________________。
（s6+s5+s4-s3-s2–s1）/9T2
（s5+ s6）/2T
例7. 某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz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9.8m/s2，若重锤质量为1kg。
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。
1.175
0.69
②从开始下落算起，打点计时器打B点时的重
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 。
机械能守恒
0.69
例8. 斜面长100cm，高60cm，某同学以质量为400g的小车沿斜面下滑来验证机械能守恒定律，他从记录小车运动的打点纸带上选取了A、B、C、D四个计数点，已知每相邻两点间对应的时间间隔为0.1s，A与B、B与C、C与D之间的距离分别为10cm、15cm、20cm，则小车由纸带上对应打B点时运动到打C点时，小车动能增加了_________________J，重力势能减小了__________________J．实际上此过程机械能并不守恒是由于_____________________ ，若减小斜面倾角，将使本实验的误差__________．（填“增大”、“减小”、“不变”）．
增大
0.3
0.35
摩擦力对小车做了功