高一物理(人教版) 实验：验证机械能守恒定律 (共46张PPT)

(共46张PPT)
《实验：验证机械能守恒定律》
高一年级
物理
一.机械能守恒定律
内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。
条件：只有重力做功或者弹力做功
自由落体运动
沿光滑斜面滑动
匀速圆周运动
平抛运动、竖直平面圆周运动……
二、实验原理
忽略空气阻力，机械能守恒。选取地面为零势能面：
二、实验原理
起始点:
O
末点：下落过程任意点
需要测量的物理量：
下落的高度、瞬时速度
验证：
是否需要测量重物的质量？
验证机械能守恒定律则不需要；
若要计算重物的重力势能、动能及其改变量则需要。
想
一想
三、实验器材
资料
四、实验步骤
资料
五、数据处理
方法一：利用起始点和任意一点验证
在实验误差允许的条件下，相等，则验证了机械能守恒定律。
五、数据处理
资料
五、数据处理
计数点
A
B
C
D
E
F
G
hn(×10-2m)
vn(m/s)
ghn(m2/s2)
将测量的数据填入表格中
如何测量某一点的瞬时速度？
T为相邻计数点的时间间隔(0.02
s)
想
一想
五、数据处理
计数点
A
B
C
D
E
F
G
hn(×10-2m)
11.61
14.88
18.34
22.30
26.50
31.28
36.20
vn(m/s)
1.683
1.855
2.040
2.245
2.425
ghn(m2/s2)
将计算的瞬时速度数据记录在表格中
五、数据处理
计数点
A
B
C
D
E
F
G
hn(×10-2m)
11.61
14.88
18.34
22.30
26.50
31.28
36.20
vn(m/s)
1.683
1.855
2.040
2.245
2.425
1.415
1.721
2.081
2.520
2.940
ghn(m2/s2)
1.458
1.798
2.186
2.597
3.066
分别计算出vn2/2、ghn填入表格，北京：g
=
9.8015
m/s2
=
成立！
六、实验结论
在实验误差允许的范围内，自由落体运动中的物体，只有重力做功，其重力势能和动能互相转化，总机械能保持不变。
七、误差分析
在处理数据时发现：重物动能的增加量总是稍小于重力势能的减小量，这是为什么？
计数点
A
B
C
D
E
F
G
1.415
1.721
2.081
2.520
2.940
ghn(m2/s2)
1.458
1.798
2.186
2.597
3.066
七、误差分析
打点计时器阻力
空气阻力
七、误差分析
打点计时器阻力
限位孔竖直
电火花打点计时器
电磁打点计时器
七、误差分析
空气阻力
重物选取
质量大、密度大
计数点
A
B
C
D
E
F
G
hn(×10-2m)
11.61
14.88
18.34
22.30
26.50
31.28
36.20
vn(m/s)
1.683
1.855
2.040
2.245
2.425
1.415
1.721
2.081
2.520
2.940
ghn(m2/s2)
1.458
1.798
2.186
2.597
3.066
起始点
下落任意一点
准确清晰记录下第一个点（释放点）
局限性
测出高度差hCD和两点的速度vC、vD
ghCD
=
vD2-
vC2
mghCD
=
mvD2-
mvC2
下落任意两点
计数点
C
D
hCD(×10-2m)
3.96
vn(m/s)
1.855
2.040
1.721
2.081
ghCD
=
vD2-
vC2
vD2-
vC2
=
0.360
(m2/s2)
ghCD
=
0.388(m2/s2)
下落任意两点
第一点到各个点下落的高度h
各点瞬时速度v
图像法
测量
O
v2为纵轴
h为横轴
图像法
正比例函数:
y=kx
y
→
v2
k→g
x→h
v2=gh
O
图像法
过原点
斜率为g
实验数据
计数点
B
C
D
E
F
hn(×10-2m)
14.88
18.34
22.30
26.50
31.28
vn2/2(m2/s2)
1.415
1.721
2.081
2.520
2.940
图像法
B
C
D
E
F
y
=
9.4001x
+
0.0053
k
=
9.4001
g
=
9.8015
m/s2
误差：斜率略小于g
起始点到下落过程的任意一点
下落过程中任意两点
图像法
数据处理
均能验证机械能守恒定律
注意事项1
接通电源
释放重物
先开电源物后放，保证记录第一点
先
后
需要测量重物质量吗？
可任意选取吗？
选取原则和原因？
注意事项2
重物质量
重物质量可不测
质量大、密度大
减小阻力影响
注意事项3
重物瞬时速度
可以用运动学公式计算吗？
用机械能守恒定律
验证机械能守恒定律
从纸带直接测量计算
2
例：在实验验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图。其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3点，该同学用毫米尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中（单位：cm）
（1）数据不符合读数要求的是：______，应记作_______cm.
15.7
15.70
(2)已知当地重力加速度为,该同学使用的重物质量为m，则在OB段运动过程中，重物的重力势能减小量为______，动能的增加量为_______（均保留三位有效数字）。
(2)重力势能减小量:
重力势能的单位为J，1
J
=
1
kgm2/s2
(2)
动能的增量:
vBm/s
(2)
重物的重力势能减小量为______，动能的增加量为_______（均保留三位有效数字）。由于系统误差存在使得重力势能减小量_______（填“大于”、“小于”或“等于”）动能的增量，原因是____________________。
1.22m
1.20m
大于
重物克服阻力做功
例：利用气垫导轨验证“机械能守恒定律”实验装置
气垫导轨
水平桌面
调至水平
挡光条
光电门
A:将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平
B:测出挡光条的宽度
d
C:将滑块移至图示位置，测出挡光条到光电门的距离
l
D:释放滑块，读出挡光条通过光电门的挡光时间
t
E:用天平称出托盘和砝码的总质量
m
托盘和砝码
1.
在滑块从静止释放到运动到光电门的过程中，系统的重力势能减少了多少？
系统
滑块
挡光条
托盘
砝码
动能增加，重力势能不变
动能增加，重力势能减小
1.
在滑块从静止释放到运动到光电门的过程中，系统的重力势能减少了多少？
系统的重力势能减少即为托盘和砝码重力势能的减少：
mgh
=
mgl
2.为验证机械能守恒定律，还需要测量哪个物理量？
系统
滑块
挡光条
托盘
砝码
2.为验证机械能守恒定律，还需要测量哪个物理量？
系统
滑块
挡光条
托盘
砝码
3.若要符合机械能守恒定律的结论，以上测得的物理量应该满足怎样的关系？
系统的重力势能减少=系统动能的增加
mgl=
得到：
mgl=
实验：验证机械能守恒定律
实验原理
实验步骤
数据处理
从初始点到下落任意点
下落过程中的任意两点
图像法
课堂小结
实验原理
实验步骤
数据处理
注意事项
先接通电源再释放纸带
重物质量可不测，合理选取
v、h不可用运动学公式
实验：验证机械能守恒定律
课堂小结