4.2 研究机械能守恒定律 课件28张PPT

9 实验：验证机械能守恒定律
1、掌握验证机械能守恒定律的实验原理、器材、步骤、数据处理和误差分析。
2.会用打点计时器打下的纸带计算瞬时速度。
一、实验目的
【探究一：实验方案设计】
问题1：机械能守恒定律的条件是什么？
只有重力或系统内弹力做功
问题2：回顾以前学过的运动，哪种运动形式可以用来验证机械能守恒定律？
A
B
h1
h2
v1
v2
（1）物体自由下落过程经过A、 B两点
（2）松手后mb下落h（ma未离开桌面）
（3）松手后b下落h
问题3：在自由落体运动中，实验需验证的关系？
物体的重力势能的减少量是否等于动能的增加量，若二者相等，就可以说明机械能守恒。
？
实验方案:利用自由落体运动下落过程中动能与势能的转化，可以验证机械能守恒定律。
二
实验原理
在自由落体运动中，若物体下落高度h 时的速度为v ,则由机械能守恒定律可知：
h
v
mgh =
mv 2
1
2
三
、实验器材
实验器材：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
4、选择合适的纸带，处理数据。
3、更换纸带，重复几次。
1、 将打点计时器固定在铁架台上，把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。
四
、实验步骤
2、用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近。然后先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。
问题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
如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。
问题2：计算物体的速度，可有三种方法，哪种方法不合适？为什么？
五
数据处理
测量点n
1
2
3
4
5
6
高度hn /m
速度vn /m/s
势能EP /J
动能EK /J
可不可以用图象处理数据?
0
h
v 2
1
2
图象法处理数据
gh =
v 2
1
2
该图象的斜率表示什么？
为什么图象通过原点？
【实验操作中需要注意的事项】
问题1：重物下落过程中，除了重力外还受哪些阻力？
怎样减少这些阻力对实验的影响？
会受到空气阻力和限位孔对纸带的摩擦力的影响
①重物应该选择小而重的（即密度比较大的）
②打点计时器安装时要竖直，同时必须使纸带两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。
问题2：在纸带上选择哪两个位置作为过程的开始和终结采集数据？
以打在纸带上的第1个点作为开始（初速度为零）
（1）若根据 来判定，则：
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？
1
2
x = gt2 = 1/2 ×9.8×0.022m ≈2×10-3m = 2 mm
纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。
h
起始点
（2）若根据 来判定
可以回避起始点吗？（即处理纸带时可以不用到起始点吗）?
Δh
A
B
可以，如选取A、B 两点，比较物体从A落到B的过程中：
减少的重力势能 减少量 是否等于动能增加量，即
问题：该实验的误差主要来源于哪些方面？
【六：实验误差分析】
1.偶然误差：测量长度时会带来误差。
2.系统误差：实验中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，故动能的增加量ΔEK 必定稍小于势能的减少量ΔEP 。
1、在验证机械能守恒定律的实验中：
（1）除打点计时器、电源、重锤、纸带以外，在下面的测量仪器中，必需使用的是_______。
A、天平 B、弹簧秤 C、刻度尺 D、秒表
C
（2）如果以 为纵轴，以h为横轴，由实验数据描出的图线是一条通过原点的直线，那么该直线的斜率等于______
h
当地的重力加速度
2、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4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。
1.17
0.68
三维设计67页例3
②从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤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 。
在误差允许范围内机械能守恒
0.69
以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、实验方法的改进等特点．
实验方案的改进
①研究对象拓展：系统动能、重力势能的变化验证机械能守恒
②实验器材拓展：光电门、气垫导轨、频闪照相等
找实验目的
看实验装置
看实验步骤找测量量
审题模板
三、拓展创新实验
基本原理
是关键
拓展1.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：
拓展2．某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．弧形轨道末端水平，离地面的高度为H.将钢球从轨道的不
同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水
平距离为x.
(1)若轨道完全光滑，x2与h的理论关系应
满足x2＝________(用H、h表示)．
(2) 设计恰当的H值，理论计算得到的x2—h关系
图线(图中已画出)． 图像斜率表示物理量的表
达式为 。
(3) 实际测量发现做出x2一h关系图线，从中分析
得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造
成上述偏差的可能原因是 ．(写出一个即可)
实际
课堂小结
一、原理：
二、基本实验操作和数据处理
三、拓展创新实验
实验方案的改进
①研究对象拓展：系统动能、重力势能的变化验证机械能守恒
②实验器材拓展：光电门、气垫导轨、频闪照相等
找实验目的
看实验装置
看实验步骤找测量量
基本原理
是关键