8.5 实验：验证机械能守恒定律—人教版（2019）高中物理必修第二册课件(共19张PPT)

实验：验证机械能守恒定律 复习回顾 在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 内容： 表达式： 适用条件： 只有重力做功或弹力做功 机械能守恒定律 机械能守恒的条件是什么？它有哪些表达形式？ 1.条件：仅有重力或弹力做功。 2.表达式： （1）守恒的角度：E1=E2 （2）转化的角度： △Ek增= △EP减 （3）转移的角度： △EA增=△EB减 请举例说明，哪些运动满足只有重力做功？ 本节课我们通过自由落体运动和物体沿光滑斜面下滑运动来验证机械能守恒定律。 1．实验目的：验证机械能守恒定律。 2．实验原理：本实验验证自由落体运动的机械能守恒定律。 重力势能：测量出过程的高度，结合重力加速度计算。 动能：使用打点计时器求瞬时速度。 实验步骤 1．按图安装实验器材，电源接学生电源，并将输出电压调至4~6V交流。接通电源前，用手提升纸带至重锤靠近打点计时器处。 2．先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。关闭电源，取下纸带备用。 3．重复步骤2两次，打出3条纸带。 4．取点迹清晰，且第一、二点距离接近2mm的纸带进行测量。先将第一点记为O点，然后在纸带上任取5个连续的点，如下图所示。 5．验证O点到2点过程机械能守恒的方程为：mgh2 = m ，其中T为1点到2点（或2点到3点）之间的时间间隔，如果在误差允许的范围内等式成立，试验就是成功的。 6．拆下器材，放回原处。 数据处理&分析 依据实验，采集整理以下信息： 请思考：本实验要不要测量物体的质量（是否需要天平）？ 不需要。根据机械能守恒定律的公式 可以看出，这个物体的质量可以被消去，是否已知质量对实验结果无影响。 对实验中获得的数条纸带应如何选取？ 1.以纸带上第一点（起始点）为基准点来验证机械能守恒定律的方法。应选取点迹清晰且第1、2两点间的距离接近2mm的纸带。 2.选择后面的某两点验证机械能守恒定律的方法。实验打出的任何一条纸带，只要后面的点迹清晰，都可以用于计算机械能是否守恒。 实验误差分析 （1）重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸带与计时器之间的摩擦力。 （2）计时器平面不在竖直方向，纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原因。 （3）电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器。 由于阻力的存在，重物动能的增加量稍小于势能的减少量，即Ek＜Ep 实验注意事项： （1）安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。 （2）应选用质量和密度较大的重物，可使摩擦阻力，空气阻力相对减小。 （3）实验时,必须先接通电源,让打点计时器工作正常后才能松开纸带让重锤下落 （4）本实验因不需要知道重物动能的具体数值,故不需要测出重物的质量m. （5）实际上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, 所以动能的增加量△EK必定稍小于势能的减少量△EP (多选)在“用自由落体法验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要测量的有(　　) A．重物的质量 B．重力加速度 C．重物下落的高度 D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度 CD 用如图所示装置验证机械能守恒定律，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大的阻力，这样实验造成的结果是 (　　) A．重力势能的减少量明显大于动能的增加量 B．重力势能的减少量明显小于动能的增加量 C．重力势能的减少量等于动能的增加量 D．以上几种情况都有可能 A 在“验证机械能守恒定律”的实验中： (1)实验的研究对象是________(填“纸带”或“重物”)。 (2)供选择的重物有以下四个应选择(　　) A．质量为100 g的钩码 B．质量为10 g的砝码 C．质量为200 g的木球 D．质量为10 g的塑料球 (3)给打点计时器提供的电源如下，应选择(　　) A．4节干电池 B．3节蓄电池 C．学生电源4～6 V，交流输出 D．学生电源4～6 V，直流输出 重物 A C 某实验小组利用如图所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒． (1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？ 气源工作后，滑块不挂钩码，静止放在气垫导轨上，如果能处于静止状态说明气垫导轨水平。 (2)测得遮光条的宽度d＝0.50 cm.实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt＝2.0×10－2 s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为0.25m/s.在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、滑块的质量M和滑块到光电门