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23张ppt）
文档属性
| 名称 | 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23张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-05-06 08:28:27 | ||
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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
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。
实验方案设计
方案一：自由下落
方案二：光滑斜面
方案三：系统守恒
方案一：实验器材
打点计时器
纸带
重物
铁架台（带铁夹）
刻度尺、交流电源等
1.按照如图所示装置安装实验器材
2.将纸带穿过计时器，下端与重物相连
3.接通电源，待计时器工作稳定后释放纸，及时切断电源，取下纸带，标上纸带号，更换纸带，重复以上步骤。
4.选取点迹清晰的纸带，在纸带上进行取点。
5.测距离
6.整理器材，使器材复位
实验步骤
数据处理
高度h 的测量：
第n个点的速度：
m
天平
需要吗？
数据处理
各计数点 l 2 3 4 5 6
下落高度
速度
势能减少量
动能增加量
结论
0
h
v 2
1
2
gh =
v 2
1
2
为什么图象过原点？
结论：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。
图象法处理数据
该图象的斜率表示什么？
1.选择质量密度较大、体积较小的物体
2.计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。
4.先通电源，让打点计时器正常工作, 再释放纸带
3.释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。
6.速度计算不能用v=gt 或 v=等计算，用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。
注意事项
3.纸带选取。
1.重物下落中要克服空气阻力做功，纸带与限位孔存在摩擦。实验的动能增加量必定稍小于重力势能减少量
2.长度测量过程中存在读数误差。
误差分析
3.由于交变电流的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差。
1.如图，利用此装置验证机械能守恒定律。
(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是
A.重物选用质量和密度较大的金属锤
B.两限位孔在同一竖直面内上下对正
C.精确测量出重物的质量
D.用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物
AB
(2)打点计时器接到50 Hz的交变电源上，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有 。
A. OA、AD和EG 的长度
B. OC、BC和CD的长度
C. BD、CF和EG 的长度
D. AC、BD 和EG 的长度
BC
【例2】 某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm。打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2。
(1)质量为m的重物在点2的速度v2= ，在点5的速度v5= ，
此过程中动能增加量ΔEk= ，重力势能减少量ΔEp= 。
由以上可得出实验结论 。
1.50 m/s
2.075 m/s
1.03m J
1.06m J
在误差允许的范围内，机械能守恒
(2)重物获得的动能往往 (选填“大于”“小于”或“等于”)减少的重力势能，实验中产生系统误差的原因是 。
(3)根据实验判断下列图像正确的是(其中ΔEk表示重物动能的变化量，Δh表示物体下落的高度)( )
C
5.某实验小组利用如图所示的装置来验证机械能守恒定律。在气垫导轨上固定两个光电门，光电门连接数字毫秒计，滑块上固定宽度为d 的遮光条。把导轨的右端垫高，测出倾角为θ。已知当地重力加速度为g。
(1)实验时，将滑块从某处由静止释放。遮光条通过某光电门的时间为Δt，则滑块通过此光电门的瞬时速度为 。
(2)若通过光电门1和光电门2的速度分别为v1和v2，还需要
测量 (并给这个物理量赋予字母)，
若满足表达式 ，说明机械能守恒。
【例3】 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。
(1)实验步骤:
①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;
②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l=9.30 mm;
③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s= cm;
④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2;
⑤从数字计时器(图中未画出)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;
⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量m0，再称出托盘和砝码的总质量m。(2)写出下列所示物理量的表达式(用所给字母表示):
①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1= 和v2= 。
②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1= 和Ek2= 。
答案:(1)③ 60.00(59.96~60.04)
(3)Ek2-Ek1
8.5 实验：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。
实验方案设计
方案一：自由下落
方案二：光滑斜面
方案三：系统守恒
方案一：实验器材
打点计时器
纸带
重物
铁架台（带铁夹）
刻度尺、交流电源等
1.按照如图所示装置安装实验器材
2.将纸带穿过计时器，下端与重物相连
3.接通电源，待计时器工作稳定后释放纸，及时切断电源，取下纸带，标上纸带号，更换纸带，重复以上步骤。
4.选取点迹清晰的纸带，在纸带上进行取点。
5.测距离
6.整理器材，使器材复位
实验步骤
数据处理
高度h 的测量：
第n个点的速度：
m
天平
需要吗？
数据处理
各计数点 l 2 3 4 5 6
下落高度
速度
势能减少量
动能增加量
结论
0
h
v 2
1
2
gh =
v 2
1
2
为什么图象过原点？
结论：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。
图象法处理数据
该图象的斜率表示什么？
1.选择质量密度较大、体积较小的物体
2.计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。
4.先通电源，让打点计时器正常工作, 再释放纸带
3.释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。
6.速度计算不能用v=gt 或 v=等计算，用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误。
注意事项
3.纸带选取。
1.重物下落中要克服空气阻力做功，纸带与限位孔存在摩擦。实验的动能增加量必定稍小于重力势能减少量
2.长度测量过程中存在读数误差。
误差分析
3.由于交变电流的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差。
1.如图，利用此装置验证机械能守恒定律。
(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是
A.重物选用质量和密度较大的金属锤
B.两限位孔在同一竖直面内上下对正
C.精确测量出重物的质量
D.用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物
AB
(2)打点计时器接到50 Hz的交变电源上，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有 。
A. OA、AD和EG 的长度
B. OC、BC和CD的长度
C. BD、CF和EG 的长度
D. AC、BD 和EG 的长度
BC
【例2】 某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm。打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2。
(1)质量为m的重物在点2的速度v2= ，在点5的速度v5= ，
此过程中动能增加量ΔEk= ，重力势能减少量ΔEp= 。
由以上可得出实验结论 。
1.50 m/s
2.075 m/s
1.03m J
1.06m J
在误差允许的范围内，机械能守恒
(2)重物获得的动能往往 (选填“大于”“小于”或“等于”)减少的重力势能，实验中产生系统误差的原因是 。
(3)根据实验判断下列图像正确的是(其中ΔEk表示重物动能的变化量，Δh表示物体下落的高度)( )
C
5.某实验小组利用如图所示的装置来验证机械能守恒定律。在气垫导轨上固定两个光电门，光电门连接数字毫秒计，滑块上固定宽度为d 的遮光条。把导轨的右端垫高，测出倾角为θ。已知当地重力加速度为g。
(1)实验时，将滑块从某处由静止释放。遮光条通过某光电门的时间为Δt，则滑块通过此光电门的瞬时速度为 。
(2)若通过光电门1和光电门2的速度分别为v1和v2，还需要
测量 (并给这个物理量赋予字母)，
若满足表达式 ，说明机械能守恒。
【例3】 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。
(1)实验步骤:
①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;
②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l=9.30 mm;
③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s= cm;
④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2;
⑤从数字计时器(图中未画出)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;
⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量m0，再称出托盘和砝码的总质量m。(2)写出下列所示物理量的表达式(用所给字母表示):
①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1= 和v2= 。
②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1= 和Ek2= 。
答案:(1)③ 60.00(59.96~60.04)
(3)Ek2-Ek1