7.9 实验：验证机械能守恒定律—人教版高中物理必修二课件(共30张PPT)
文档属性
| 名称 | 7.9 实验：验证机械能守恒定律—人教版高中物理必修二课件(共30张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 3.8MB | ||
| 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 | 2020-07-14 15:53:12 | ||
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文档简介
(共30张PPT)
实验：验证机械能守恒定律
【高中物理】【必修2】【第五章
曲线运动】
CONTENTS
实验目的
01
实验原理
02
实验器材
03
实验步骤
04
数据处理
05
注意事项
06
实验创新
07
误差分析
08
实
验
目
的
shi
yan
mu
di
用自由落体运动验证机械能守恒定律
理解实验设计思路，明确实验直接测量的物理量
熟悉实验操作，能正确测量数据，会求瞬时速度
掌握实验数据的处理方法，能定性分析误差产生的原因
1
2
3
4
实
验
原
理
shi
yan
yuan
li
在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变，若物体某时刻瞬时速度为，下落高度为，则重力势能的减少量为，动能的增加量为，若它们在误差允许的范围内相等，即
，则验证了机械能守恒定律。
利用纸带计算点速度的方法：测出点与相邻前后点间的距离如图所示，由公式算出。
1
2
铁架台（含铁夹）、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物（带纸带夹）
实
验
器
材
shi
yan
qi
cai
实
验
步
骤
shi
yan
bu
zhou
安装：将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，连接好电路。
打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方，先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落，更换纸带重复做3~5次试验。
1
2
实
验
步
骤
shi
yan
bu
zhou
选纸带：分两种情况说明
I.用时，应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带。若1、2两点间距离大于2mm，这是由先释放纸带、后接通电源造成的，这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。
II.用，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，只要后面的点迹清晰就可选用。
3
数
据
处
理
shu
ju
chu
li
1
2
方法一：利用起始点和第n点计算。
代入和，如果在误差允许的情况下，
，则验证了机械能守恒定律。
方法二：任取两点计算。
（1）任取两点A、B，测出，算出；
（2）算出
的值；
（3）在误差允许的情况下，若
，则验证了机械能守恒定律。
数
据
处
理
shu
ju
chu
li
方法三：图像法。
从纸带上选取多个点,测量从第一点到其余各点的下落高度
,并计算各点速度的二次方
,然后以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出-
图线，若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为的直线，则验证了机械能守恒定律。
3
注
意
事
项
zhu
yi
shi
xiang
1
安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减少摩擦阻力。
2
3
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，使空气阻力减小。
应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落。
4
计算某时刻的瞬时速度应用，不能用。
为什么？
误
差
分
析
wu
cha
fen
xi
1
本实验中，因重物和纸带在下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量一定略小于重力势能的减少量，这属于系统误差。
2
本实验的另一误差来源于长度的测量，这属于偶然误差。减小误差的方法是测量物体下落距离时，所选的距离尽可能大一些，或者多次测量取平均值。
空气阻力、纸带与限位孔之间的摩擦阻力……
小试牛刀
1.（单选）在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（
）
A、实验时需用秒表测出重物下落的时间
B、重物在下落过程中，只受到重力作用
C、重物减少的重力势能略小于增加的动能
D、实验时，也可以不测量重物的质量
小试牛刀
1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（
）
A、实验时需用秒表测出重物下落的时间
B、重物在下落过程中，只受到重力作用
C、重物减少的重力势能略小于增加的动能
D、实验时，也可以不测量重物的质量
【答案】D
【解析】打点计时器是一种计时仪器，不需要秒表测量时间，A错误；下落过程中不仅受到重力，还受到阻力，B错误；由于阻力的存在，一部分重力势能转化为内能，所以重物减小的重力势能略大于重物增加的动能，C错误；由于公式中质量可以消去，所以可以不测量重物的质量，D正确。
2.在验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度
和下落高度。某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案：
A.用刻度尺测出物体下落的高度,并测出下落时间,通过计算出瞬时速度
B.用刻度尺测出物体下落的高度,并通过
计算出瞬时速度
C.根据做匀加速直线运动时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,测算出瞬时速度,并通过计算得出高度
D.用刻度尺测出物体下落的高度
h,根据做匀加速直线运动时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,测算出瞬时速度
以上方案中只有一种正确,正确的是________
(填入相应的字母)。
小试牛刀
2.在验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度
和下落高度。某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案：
A.用刻度尺测出物体下落的高度,并测出下落时间,通过计算出瞬时速度
B.用刻度尺测出物体下落的高度,并通过
计算出瞬时速度
C.根据做匀加速直线运动时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,测算出瞬时速度,并通过计算得出高度
D.用刻度尺测出物体下落的高度
h,根据做匀加速直线运动时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,测算出瞬时速度
以上方案中只有一种正确,正确的是____D____
(填入相应的字母)。
小试牛刀
小试牛刀
3.在利用打点计时器验证做自由落体运动的物体机械能守恒的实验中．已知当地重力加速度为g，使用交流电的频率为f.在打出的纸带上选取连续打出的五个点A、B、C、D、E，如图所示．测出A点距离起始点O的距离为，A、C两点间的距离为，C、E两点间的距离为，根据前述条件，如果在实验误差允许的范围内满足关系式________________________，即验证了物体下落过程中机械能是守恒的．而在实际的实验结果中，往往会出现物体的动能增加量略小于重力势能的减少量，出现这样结果的主要原因是__________________________．
【答案】
打点计时器有阻力作用，阻力对纸带做负功
【解析】由运动学的规律可知,测量可得，代入整理可得；由于纸带在运动的过程中要受到来自打点计时器的阻力，而阻力对纸带做负功，因此物体的动能增加量略小于重力势能的减少量．
小试牛刀
小试牛刀
4.某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．该同学经正确操作得到打点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次为1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点到第一个点的距离，并正确求出打相应点时的速度.各计数点对应的数据见下表：
计数点
1
2
3
4
5
6
7
h/m
0.124
0.194
0.279
0.380
0.497
0.630
0.777
v/(m·s－1)
?
1.94
2.33
2.73
3.13
3.50
?
v2/(m2·s－2)
?
3.76
5.43
7.45
9.80
12.3
?
小试牛刀
请在下面坐标中，描点作出图线；由图线可知，重锤下落的加速度＝______
(保留三位有效数字)；若当地的重力加速度，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锤机械能守恒的依据是______________________________.
小试牛刀
【答案】如图所示 9.75(9.69～9.79均可)
图线为通过坐标原点的一条直线，所求g′与g基本相等
【解析】若机械能守恒，则满足，则-图线的斜率表示当地重力加速度的倍，所作的图线可求出斜率为，故，误差允许的范围内，故机械能守恒。
实
验
创
新
shi
yan
chuang
xin
创新角度
实验装置图
创新解读
实验原理的创新
1.利用机械能守恒定律确定弹簧弹性势能。
2.由平抛运动测量球的初速度。
3.利用平抛位移-弹簧压缩量图线处理数据。
1.利用钢球摆动来验证机械能守恒定律。
2.利用光电门测定摆球的瞬时速度。
实
验
创
新
shi
yan
chuang
xin
创新角度
实验装置图
创新解读
实验器材的创新
1.小球在重力作用下做竖直上抛运动。
2.利用频闪照片获取实验数据。
实
验
创
新
shi
yan
chuang
xin
创新角度
实验装置图
创新解读
实验过程的创新
1.用光电门测量小球下落到B点的速度。
2.结合图线判断小球下落过程中机械能守恒。
3.分析实验误差随H的变化。
1.利用系统机械能守恒代替单个物体的机械能守恒。
2.利用光电门测定滑块的瞬时速度。
小试牛刀
1.用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。
通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，毫秒计时器(图中未画出)记录下挡光时间t，测出AB之间的距离h.实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．
小试牛刀
(1)为了验证机械能守恒定律，还需要测量下列哪些物理量________．
A．A点与地面间的距离
B．小铁球的质量
C．小铁球从A到B的下落时间
D．小铁球的直径
(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度＝________，若下落过程中机械能守恒，则与的关系式为=_____________。
小试牛刀
【答案】（1）D
（2）
【解析】
（1）要验证机械能守恒定律，除知道小铁球下落的高度外，还需要计算小铁球通过光电门时的速度，因此需要测量出小铁球的直径.
（2）。若下落过程中机械能守恒，则，解得
小试牛刀
2.某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图2甲所示．在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连．滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象．
(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的________(选填“>”“＝”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平．
(2)用螺旋测微器测遮光条宽度，测量结果如图丙所示，则＝________
mm.
(3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若和已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出________和________(写出物理量的名称及符号)．
(4)若上述物理量间满足关系式__________________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒．
小试牛刀
小试牛刀
【答案】
（1）=
（2）8.474（在8.473~8.475之间均算对）
（3）滑块质量
两光电门间距离
（4）)
THANKS
谢谢聆听
实验：验证机械能守恒定律
【高中物理】【必修2】【第五章
曲线运动】
CONTENTS
实验目的
01
实验原理
02
实验器材
03
实验步骤
04
数据处理
05
注意事项
06
实验创新
07
误差分析
08
实
验
目
的
shi
yan
mu
di
用自由落体运动验证机械能守恒定律
理解实验设计思路，明确实验直接测量的物理量
熟悉实验操作，能正确测量数据，会求瞬时速度
掌握实验数据的处理方法，能定性分析误差产生的原因
1
2
3
4
实
验
原
理
shi
yan
yuan
li
在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变，若物体某时刻瞬时速度为，下落高度为，则重力势能的减少量为，动能的增加量为，若它们在误差允许的范围内相等，即
，则验证了机械能守恒定律。
利用纸带计算点速度的方法：测出点与相邻前后点间的距离如图所示，由公式算出。
1
2
铁架台（含铁夹）、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物（带纸带夹）
实
验
器
材
shi
yan
qi
cai
实
验
步
骤
shi
yan
bu
zhou
安装：将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，连接好电路。
打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方，先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落，更换纸带重复做3~5次试验。
1
2
实
验
步
骤
shi
yan
bu
zhou
选纸带：分两种情况说明
I.用时，应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带。若1、2两点间距离大于2mm，这是由先释放纸带、后接通电源造成的，这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。
II.用，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，只要后面的点迹清晰就可选用。
3
数
据
处
理
shu
ju
chu
li
1
2
方法一：利用起始点和第n点计算。
代入和，如果在误差允许的情况下，
，则验证了机械能守恒定律。
方法二：任取两点计算。
（1）任取两点A、B，测出，算出；
（2）算出
的值；
（3）在误差允许的情况下，若
，则验证了机械能守恒定律。
数
据
处
理
shu
ju
chu
li
方法三：图像法。
从纸带上选取多个点,测量从第一点到其余各点的下落高度
,并计算各点速度的二次方
,然后以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出-
图线，若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为的直线，则验证了机械能守恒定律。
3
注
意
事
项
zhu
yi
shi
xiang
1
安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减少摩擦阻力。
2
3
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，使空气阻力减小。
应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落。
4
计算某时刻的瞬时速度应用，不能用。
为什么？
误
差
分
析
wu
cha
fen
xi
1
本实验中，因重物和纸带在下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量一定略小于重力势能的减少量，这属于系统误差。
2
本实验的另一误差来源于长度的测量，这属于偶然误差。减小误差的方法是测量物体下落距离时，所选的距离尽可能大一些，或者多次测量取平均值。
空气阻力、纸带与限位孔之间的摩擦阻力……
小试牛刀
1.（单选）在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（
）
A、实验时需用秒表测出重物下落的时间
B、重物在下落过程中，只受到重力作用
C、重物减少的重力势能略小于增加的动能
D、实验时，也可以不测量重物的质量
小试牛刀
1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是（
）
A、实验时需用秒表测出重物下落的时间
B、重物在下落过程中，只受到重力作用
C、重物减少的重力势能略小于增加的动能
D、实验时，也可以不测量重物的质量
【答案】D
【解析】打点计时器是一种计时仪器，不需要秒表测量时间，A错误；下落过程中不仅受到重力，还受到阻力，B错误；由于阻力的存在，一部分重力势能转化为内能，所以重物减小的重力势能略大于重物增加的动能，C错误；由于公式中质量可以消去，所以可以不测量重物的质量，D正确。
2.在验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度
和下落高度。某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案：
A.用刻度尺测出物体下落的高度,并测出下落时间,通过计算出瞬时速度
B.用刻度尺测出物体下落的高度,并通过
计算出瞬时速度
C.根据做匀加速直线运动时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,测算出瞬时速度,并通过计算得出高度
D.用刻度尺测出物体下落的高度
h,根据做匀加速直线运动时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,测算出瞬时速度
以上方案中只有一种正确,正确的是________
(填入相应的字母)。
小试牛刀
2.在验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度
和下落高度。某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案：
A.用刻度尺测出物体下落的高度,并测出下落时间,通过计算出瞬时速度
B.用刻度尺测出物体下落的高度,并通过
计算出瞬时速度
C.根据做匀加速直线运动时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,测算出瞬时速度,并通过计算得出高度
D.用刻度尺测出物体下落的高度
h,根据做匀加速直线运动时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,测算出瞬时速度
以上方案中只有一种正确,正确的是____D____
(填入相应的字母)。
小试牛刀
小试牛刀
3.在利用打点计时器验证做自由落体运动的物体机械能守恒的实验中．已知当地重力加速度为g，使用交流电的频率为f.在打出的纸带上选取连续打出的五个点A、B、C、D、E，如图所示．测出A点距离起始点O的距离为，A、C两点间的距离为，C、E两点间的距离为，根据前述条件，如果在实验误差允许的范围内满足关系式________________________，即验证了物体下落过程中机械能是守恒的．而在实际的实验结果中，往往会出现物体的动能增加量略小于重力势能的减少量，出现这样结果的主要原因是__________________________．
【答案】
打点计时器有阻力作用，阻力对纸带做负功
【解析】由运动学的规律可知,测量可得，代入整理可得；由于纸带在运动的过程中要受到来自打点计时器的阻力，而阻力对纸带做负功，因此物体的动能增加量略小于重力势能的减少量．
小试牛刀
小试牛刀
4.某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．该同学经正确操作得到打点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次为1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点到第一个点的距离，并正确求出打相应点时的速度.各计数点对应的数据见下表：
计数点
1
2
3
4
5
6
7
h/m
0.124
0.194
0.279
0.380
0.497
0.630
0.777
v/(m·s－1)
?
1.94
2.33
2.73
3.13
3.50
?
v2/(m2·s－2)
?
3.76
5.43
7.45
9.80
12.3
?
小试牛刀
请在下面坐标中，描点作出图线；由图线可知，重锤下落的加速度＝______
(保留三位有效数字)；若当地的重力加速度，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锤机械能守恒的依据是______________________________.
小试牛刀
【答案】如图所示 9.75(9.69～9.79均可)
图线为通过坐标原点的一条直线，所求g′与g基本相等
【解析】若机械能守恒，则满足，则-图线的斜率表示当地重力加速度的倍，所作的图线可求出斜率为，故，误差允许的范围内，故机械能守恒。
实
验
创
新
shi
yan
chuang
xin
创新角度
实验装置图
创新解读
实验原理的创新
1.利用机械能守恒定律确定弹簧弹性势能。
2.由平抛运动测量球的初速度。
3.利用平抛位移-弹簧压缩量图线处理数据。
1.利用钢球摆动来验证机械能守恒定律。
2.利用光电门测定摆球的瞬时速度。
实
验
创
新
shi
yan
chuang
xin
创新角度
实验装置图
创新解读
实验器材的创新
1.小球在重力作用下做竖直上抛运动。
2.利用频闪照片获取实验数据。
实
验
创
新
shi
yan
chuang
xin
创新角度
实验装置图
创新解读
实验过程的创新
1.用光电门测量小球下落到B点的速度。
2.结合图线判断小球下落过程中机械能守恒。
3.分析实验误差随H的变化。
1.利用系统机械能守恒代替单个物体的机械能守恒。
2.利用光电门测定滑块的瞬时速度。
小试牛刀
1.用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。
通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，毫秒计时器(图中未画出)记录下挡光时间t，测出AB之间的距离h.实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．
小试牛刀
(1)为了验证机械能守恒定律，还需要测量下列哪些物理量________．
A．A点与地面间的距离
B．小铁球的质量
C．小铁球从A到B的下落时间
D．小铁球的直径
(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度＝________，若下落过程中机械能守恒，则与的关系式为=_____________。
小试牛刀
【答案】（1）D
（2）
【解析】
（1）要验证机械能守恒定律，除知道小铁球下落的高度外，还需要计算小铁球通过光电门时的速度，因此需要测量出小铁球的直径.
（2）。若下落过程中机械能守恒，则，解得
小试牛刀
2.某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图2甲所示．在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连．滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象．
(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的________(选填“>”“＝”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平．
(2)用螺旋测微器测遮光条宽度，测量结果如图丙所示，则＝________
mm.
(3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若和已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出________和________(写出物理量的名称及符号)．
(4)若上述物理量间满足关系式__________________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒．
小试牛刀
小试牛刀
【答案】
（1）=
（2）8.474（在8.473~8.475之间均算对）
（3）滑块质量
两光电门间距离
（4）)
THANKS
谢谢聆听