人教版高中物理 必修二 第七章 7.9 实验：验证机械能守恒定律 (共41张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理 必修二 第七章 7.9 实验：验证机械能守恒定律 (共41张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 687.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-02-29 19:06:34 | ||
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文档简介
(共41张PPT)
一、机械能守恒定律
二、 打点计时器
三、误差分析
知识回顾
机械能守恒定律
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。
①只有重力和弹力作用，没有其它力作用。
②有重力弹力以外的力作用，但这些力不做功。
③有重力弹力以外的力做功，但这些力做功的代数和为零。
可总结为：
只有重力或弹力做功
机械能守恒定律的条件
机械能守恒定律的推导过程
一物体沿着光滑的斜面滑，在某一位置A时，它的动能是 EK1 ，势能为 EP1。经过一段时间后，物体运动到另一位置B,它的动能EK2，势能为 EP2 ，由此验证机械能守恒：
A点 机械能W1=EK1+EP1
B点 机械能W2=EK2+EP2
重力对物体做的功等于物体动能的增加量：
W=EK2-EK1
重力对物体做的共等于物体重力势能的减少量：
W =EP1-EP2
两式联立EK2-EK1=EP1-EP2
移项EK2+EP2=EK1+EP1
可得W2=W1
即证机械能守恒。
打点计时器
一、电磁打点计时器
电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，工作电压4～6V。当电源的频率是50HZ时，它每隔0.02S打一次点。
二、电火花计时器
电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器,工作电压220V,电源频率是50HZ时，每隔0.02S打一次点。
电磁打点计时器
电火花计时器
按照对实验结果影响的性质及产生的原因，误差可以分为系统误差、随机误差和粗差三类。实验中三类误差是混杂在一起出现的，应分别讨论其规律，以便采取适当措施，减小误差的影响。
误差
系统误差
仪器的误差：由一起上的某种固定的缺陷引起。如零点不准，刻度不准，砝码未校准。
①
实验原理和方法的误差：由于实验理论探讨的不充分，方法的不完善，公式的近似或者由于对影响实验结果的某些因素不清楚引起的。
②
个人误差：由于观测者本人生理或心理特点引起的。如有人读数趋于偏高，有人趋向于偏低。
③
由此可见，这种误差在同一物理量的测量中是一定的，因此根据仪器的缺陷，理论上的不完善，外界条件上的变化，个人的偏向分别加以修正，可以清除掉。
随机误差在测量中即使消除了产生系统误差的一切因素，然而所测数据仍有一定的差别，这种误差成为随即误差，又叫偶然误差。
特点
①误差仅出现在一定的范围内，超出此范围的误差实际不出现；
②绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多；
③绝对值相等的正和负出现的几率相同。
多次测量取平均值的做法可以相对减小误差。
为什么用自由落体来验证机械能守恒呢？
导入新课
铁架台装置 斜面装置
a=g(当地重力加速度）
a=gsinθ（θ为斜面倾斜角度，待测）
摩擦力主要来自打点计时器，空气阻力可以忽略 摩擦力主要来自打点计时器和斜面摩擦
运用公式化简为： 运用公式化简为：
利用斜面装置除了测量数据较多外，步骤繁琐之外，实验数据由于斜面摩擦的影响，误差较大。
第七章 机械能守恒定律
7.9 实验：
验证机械能守恒定律
√理解实验的设计思路,明确实验中需要测量的物理量。
√知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法。
教学目标
1. 知识与能力
√能正确进行实验操作，能够根据实验数据通过分析得到结论。
2 . 过程与方法
√能够分析产生实验误差的原因,并知道如何
减小误差。
3 . 情感态度与价值观
在掌握机械能守恒定律的基础上,理解实验的设计思路,学会利用打点计时验证机械能守恒定律的方法,能做到熟练操作,并且能够分析实验中产生的误差,知道减小误差的方法。
教学重难点
本节导航
1. 实验过程
2. 注意事项
3. 误差分析
【实验名称】
验证机械能守恒定律
实验装置图
1. 实验过程
【实验目的】
验证机械能守恒定律
【实验原理】
①做自由落体运动的物体，只有重力作用机械能守恒，质量为m的物体自由下落高度为h时，速
度为v,有：
②借助电火花打点计时器打出的纸带，测出物体自由下落的高度为h,该时刻的速度为v。打第n个点时的瞬时速度等于以该时刻为中间时刻的某一段时间内的平均速度。
【实验器材】
带铁夹的铁架台，打点计时器，重锤（带纸带夹子），纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，学生电源。
【实验步骤】
①按图把实验器材组装好：将打点计时器固定在铁架台上，用导线把打点计时器和电源相连。
②将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器，先用手提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方，接通电源，待打点稳定后，松开纸带。让重物自由下落。
③重复几次，选取3～5条点迹清晰的且第1、2两点间距在2毫米之间的纸带。
⑤应用公式 计算各点的瞬时速度
⑥计算对应点的势能减少量 ，动能
增加量 ，并将两者进行比较。
④在打好的纸带中选取一条点迹清晰地纸带，在起始点标上O，以后每隔四个点标上1,2,3……并用刻度尺测量出对应的下落高度
可将实验结果记录到下面表格中
1 2 3 4 5 6
①打点计时器安装稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。
②实验中，需保持提纸带的手不动，待接通电源，打点计时器工作稳定后再松开纸带，让重锤下落。
③选取纸带时本着点迹清晰，且第1、2两点间距离近2毫米的原则。
2. 注意事项
⑤本实验不需测量小球的质量，需选取密度较大的物体做重锤，以相对减小空气阻力的影响。
④测定下落高度时，需从起点量起，并且各点对应的下落高度要一次测完，为了减少h的相对误差，选取的计数点要离起点远一些，纸带不宜过长，40厘米为宜。
①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，使得动能的增加量△Ek必定小于重力势能的减少量△Ep,造成系统误差。
②由测量长度带来的误差属于系统误差，减小系统误差的办法：一是测量距离时从O点开始，二是多次测量取平均值。
3. 误差分析
1. 实验方法
2. 要注意的问题
3. 速度的测量
课堂小结
1. 实验方法
字母 含义 实验要求 原因
物体
质量 质量较大、密度较大、但体积较小 减小空气阻力
下落
高度 从开始位置测量，多次测量取平均值 减小测量误差
瞬时
速度 选取两计数点，而不是相邻两点 减小测量误差
对于机械能守恒定律的验证，即验证公式：
其中各字母的含义及要求为：
,
2. 要注意的问题
①实验中打点计时器的安装，两纸带限位孔必须在同 一竖直线上，以减少摩擦阻力。
②实验时，必须先接通电源，待打点计时器工作稳定后才能松开纸带让重锤落。
③打点计时器必须接在50HZ的低压交流电源上。
④实验中，不用测重锤的质量，但对重锤有一定的要求。
⑤选取纸带时，本着点迹清晰，且第一、二两点间距接近2mm的原则。
3. 速度的测量
A
B
C
△t
△t
x
如上图，A、B、C是纸带上相邻的三个点，由于知道纸带以加速度a做匀加速运动，所以A、C两点的距离可以表示为
式中△t是A、C两点的时间间隔。
这样，A、C之间平均速度可以写成
另一方面
所以
这表明：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度。
1. 在做验证“机械能守恒定律”的实验中，若打出来的纸带前段不清晰，但从A到E却是清楚的，数据如图所示。图中标示为各点距A的距离，单位为厘米，你能否据此判断重物下落过程中是否机械能守恒？
要求：⑴简述判断方法；⑵写出运算过程；⑶得出结论。
A
B
C
D
E
AB:2.14 AC：4.67 AD:7.59 AE:10.90
课堂练习
分析与解答
（1）选定物体下落的某段距离△S,算出其重力势能减小量， ，再算出下落过程中动能的增加量△Ek,若在误差允许范围内△EP=△EK,则重物下落过程中机械能是守恒的。
若选取BD段，有：
（3）故在误差允许范围内，△Ep=△Ek机械能守恒。
2. 在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选择纸带，如图，其中O点是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的三个点。该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中（单位：厘米）。电源的频率的50HZ.
O
A
B
C
9.51
12.42
15.7
（1）这三个数据中，不符合有效数字读数要求的是________，应记作_________cm。
（2）该同学用重物在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2,他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，则该段重物重力势能的减少量为 ______，而重力势能的增加量为______（均保留3位有效数字，重物质量用m表示），这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_________，动能的增加量_______，原因是_____。
（3）另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重物在OB段的运动来验证机械能守恒，不过他数了一下:从打点计时器打下的第一点O数起，图中的B是打点计时器打下的第九个点。因此，他用计算跟B点对应的物体的瞬时速度 得到动能的增加量为______,这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量______ ,动能的增加量______,原因是______。
【解析】
⑴ 最小刻度是毫米的刻度尺测量，以cm为单位，小数点后应为两位，末位为估读，故三个数据中不符合有效数字读数要求的是OC,应记作15.70。
⑵ OB段重力势能的减少量
B点，运动的瞬时速度为：
B点的动能
即动能的增量为△EKB=1.20m。
这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是速度v是实际速度，因为有摩擦，减少的重力势能一部分转化为内能。
这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量小于动能的增加量，是因为v是按照自由落体计算的，对应下落的高度要比实际测得的高度要大。
【答案】
⑴ oc、15.70⑵ 1.22m、1.20m、大于⑶ 1.23m、小于
的方法计算出来，而且，由于阻力的影响，和不可避免的实验误差，实验的测量结果与不计阻力的理想状况有些出入。
【方法总结】
本题中“动能的增加量”不能根据机械能守恒定律直接推算出来：△ EK=△EP=7.62J,因为本实验的目的在于“验证”机械能守恒定律，故△EK只能按
,而
一、机械能守恒定律
二、 打点计时器
三、误差分析
知识回顾
机械能守恒定律
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。
①只有重力和弹力作用，没有其它力作用。
②有重力弹力以外的力作用，但这些力不做功。
③有重力弹力以外的力做功，但这些力做功的代数和为零。
可总结为：
只有重力或弹力做功
机械能守恒定律的条件
机械能守恒定律的推导过程
一物体沿着光滑的斜面滑，在某一位置A时，它的动能是 EK1 ，势能为 EP1。经过一段时间后，物体运动到另一位置B,它的动能EK2，势能为 EP2 ，由此验证机械能守恒：
A点 机械能W1=EK1+EP1
B点 机械能W2=EK2+EP2
重力对物体做的功等于物体动能的增加量：
W=EK2-EK1
重力对物体做的共等于物体重力势能的减少量：
W =EP1-EP2
两式联立EK2-EK1=EP1-EP2
移项EK2+EP2=EK1+EP1
可得W2=W1
即证机械能守恒。
打点计时器
一、电磁打点计时器
电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，工作电压4～6V。当电源的频率是50HZ时，它每隔0.02S打一次点。
二、电火花计时器
电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器,工作电压220V,电源频率是50HZ时，每隔0.02S打一次点。
电磁打点计时器
电火花计时器
按照对实验结果影响的性质及产生的原因，误差可以分为系统误差、随机误差和粗差三类。实验中三类误差是混杂在一起出现的，应分别讨论其规律，以便采取适当措施，减小误差的影响。
误差
系统误差
仪器的误差：由一起上的某种固定的缺陷引起。如零点不准，刻度不准，砝码未校准。
①
实验原理和方法的误差：由于实验理论探讨的不充分，方法的不完善，公式的近似或者由于对影响实验结果的某些因素不清楚引起的。
②
个人误差：由于观测者本人生理或心理特点引起的。如有人读数趋于偏高，有人趋向于偏低。
③
由此可见，这种误差在同一物理量的测量中是一定的，因此根据仪器的缺陷，理论上的不完善，外界条件上的变化，个人的偏向分别加以修正，可以清除掉。
随机误差在测量中即使消除了产生系统误差的一切因素，然而所测数据仍有一定的差别，这种误差成为随即误差，又叫偶然误差。
特点
①误差仅出现在一定的范围内，超出此范围的误差实际不出现；
②绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多；
③绝对值相等的正和负出现的几率相同。
多次测量取平均值的做法可以相对减小误差。
为什么用自由落体来验证机械能守恒呢？
导入新课
铁架台装置 斜面装置
a=g(当地重力加速度）
a=gsinθ（θ为斜面倾斜角度，待测）
摩擦力主要来自打点计时器，空气阻力可以忽略 摩擦力主要来自打点计时器和斜面摩擦
运用公式化简为： 运用公式化简为：
利用斜面装置除了测量数据较多外，步骤繁琐之外，实验数据由于斜面摩擦的影响，误差较大。
第七章 机械能守恒定律
7.9 实验：
验证机械能守恒定律
√理解实验的设计思路,明确实验中需要测量的物理量。
√知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法。
教学目标
1. 知识与能力
√能正确进行实验操作，能够根据实验数据通过分析得到结论。
2 . 过程与方法
√能够分析产生实验误差的原因,并知道如何
减小误差。
3 . 情感态度与价值观
在掌握机械能守恒定律的基础上,理解实验的设计思路,学会利用打点计时验证机械能守恒定律的方法,能做到熟练操作,并且能够分析实验中产生的误差,知道减小误差的方法。
教学重难点
本节导航
1. 实验过程
2. 注意事项
3. 误差分析
【实验名称】
验证机械能守恒定律
实验装置图
1. 实验过程
【实验目的】
验证机械能守恒定律
【实验原理】
①做自由落体运动的物体，只有重力作用机械能守恒，质量为m的物体自由下落高度为h时，速
度为v,有：
②借助电火花打点计时器打出的纸带，测出物体自由下落的高度为h,该时刻的速度为v。打第n个点时的瞬时速度等于以该时刻为中间时刻的某一段时间内的平均速度。
【实验器材】
带铁夹的铁架台，打点计时器，重锤（带纸带夹子），纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，学生电源。
【实验步骤】
①按图把实验器材组装好：将打点计时器固定在铁架台上，用导线把打点计时器和电源相连。
②将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器，先用手提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方，接通电源，待打点稳定后，松开纸带。让重物自由下落。
③重复几次，选取3～5条点迹清晰的且第1、2两点间距在2毫米之间的纸带。
⑤应用公式 计算各点的瞬时速度
⑥计算对应点的势能减少量 ，动能
增加量 ，并将两者进行比较。
④在打好的纸带中选取一条点迹清晰地纸带，在起始点标上O，以后每隔四个点标上1,2,3……并用刻度尺测量出对应的下落高度
可将实验结果记录到下面表格中
1 2 3 4 5 6
①打点计时器安装稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。
②实验中，需保持提纸带的手不动，待接通电源，打点计时器工作稳定后再松开纸带，让重锤下落。
③选取纸带时本着点迹清晰，且第1、2两点间距离近2毫米的原则。
2. 注意事项
⑤本实验不需测量小球的质量，需选取密度较大的物体做重锤，以相对减小空气阻力的影响。
④测定下落高度时，需从起点量起，并且各点对应的下落高度要一次测完，为了减少h的相对误差，选取的计数点要离起点远一些，纸带不宜过长，40厘米为宜。
①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，使得动能的增加量△Ek必定小于重力势能的减少量△Ep,造成系统误差。
②由测量长度带来的误差属于系统误差，减小系统误差的办法：一是测量距离时从O点开始，二是多次测量取平均值。
3. 误差分析
1. 实验方法
2. 要注意的问题
3. 速度的测量
课堂小结
1. 实验方法
字母 含义 实验要求 原因
物体
质量 质量较大、密度较大、但体积较小 减小空气阻力
下落
高度 从开始位置测量，多次测量取平均值 减小测量误差
瞬时
速度 选取两计数点，而不是相邻两点 减小测量误差
对于机械能守恒定律的验证，即验证公式：
其中各字母的含义及要求为：
,
2. 要注意的问题
①实验中打点计时器的安装，两纸带限位孔必须在同 一竖直线上，以减少摩擦阻力。
②实验时，必须先接通电源，待打点计时器工作稳定后才能松开纸带让重锤落。
③打点计时器必须接在50HZ的低压交流电源上。
④实验中，不用测重锤的质量，但对重锤有一定的要求。
⑤选取纸带时，本着点迹清晰，且第一、二两点间距接近2mm的原则。
3. 速度的测量
A
B
C
△t
△t
x
如上图，A、B、C是纸带上相邻的三个点，由于知道纸带以加速度a做匀加速运动，所以A、C两点的距离可以表示为
式中△t是A、C两点的时间间隔。
这样，A、C之间平均速度可以写成
另一方面
所以
这表明：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度。
1. 在做验证“机械能守恒定律”的实验中，若打出来的纸带前段不清晰，但从A到E却是清楚的，数据如图所示。图中标示为各点距A的距离，单位为厘米，你能否据此判断重物下落过程中是否机械能守恒？
要求：⑴简述判断方法；⑵写出运算过程；⑶得出结论。
A
B
C
D
E
AB:2.14 AC：4.67 AD:7.59 AE:10.90
课堂练习
分析与解答
（1）选定物体下落的某段距离△S,算出其重力势能减小量， ，再算出下落过程中动能的增加量△Ek,若在误差允许范围内△EP=△EK,则重物下落过程中机械能是守恒的。
若选取BD段，有：
（3）故在误差允许范围内，△Ep=△Ek机械能守恒。
2. 在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选择纸带，如图，其中O点是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的三个点。该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中（单位：厘米）。电源的频率的50HZ.
O
A
B
C
9.51
12.42
15.7
（1）这三个数据中，不符合有效数字读数要求的是________，应记作_________cm。
（2）该同学用重物在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2,他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，则该段重物重力势能的减少量为 ______，而重力势能的增加量为______（均保留3位有效数字，重物质量用m表示），这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_________，动能的增加量_______，原因是_____。
（3）另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重物在OB段的运动来验证机械能守恒，不过他数了一下:从打点计时器打下的第一点O数起，图中的B是打点计时器打下的第九个点。因此，他用计算跟B点对应的物体的瞬时速度 得到动能的增加量为______,这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量______ ,动能的增加量______,原因是______。
【解析】
⑴ 最小刻度是毫米的刻度尺测量，以cm为单位，小数点后应为两位，末位为估读，故三个数据中不符合有效数字读数要求的是OC,应记作15.70。
⑵ OB段重力势能的减少量
B点，运动的瞬时速度为：
B点的动能
即动能的增量为△EKB=1.20m。
这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是速度v是实际速度，因为有摩擦，减少的重力势能一部分转化为内能。
这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量小于动能的增加量，是因为v是按照自由落体计算的，对应下落的高度要比实际测得的高度要大。
【答案】
⑴ oc、15.70⑵ 1.22m、1.20m、大于⑶ 1.23m、小于
的方法计算出来，而且，由于阻力的影响，和不可避免的实验误差，实验的测量结果与不计阻力的理想状况有些出入。
【方法总结】
本题中“动能的增加量”不能根据机械能守恒定律直接推算出来：△ EK=△EP=7.62J,因为本实验的目的在于“验证”机械能守恒定律，故△EK只能按
,而