8.5 实验：验证机械能守恒定律 —2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册课件

新人教版高中物理 必修第二册 第八章 机械能守恒定律 第五节 验证机械能守恒定律 新知导入 知识回顾：机械能守恒定律的内容是什么？ 只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能相互转化时总的机械能保持不变。 上节课我们从理论上学习了机械能守恒定律，我们从定律内容及守恒条件上初步理解了机械能守恒定律，今天我们通过自己亲身实验从感性上对定律再做进一步的理解。 新知讲解 一、实验思路 机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此研究过程一定要满足这一条件。想一想，满足这一条件的过程有哪些？ 1.自由落体运动中动能与势能变化 自由落体 自由落体运动中只有重力做功，满足机械能守恒的条件。 新知讲解 2.物体沿光滑斜面下滑中动能与势能变化 沿光滑斜面下滑的物体受重力和支持力，但支持力与物体位移方向垂直对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。 v mg N 新知讲解 3.用细线悬挂的小球摆动中动能与势能变化 细线的拉力与小球的运动方向垂直，对物体不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。 v A C B 以上几种情况都可以用来验证机械能守恒定律。 新知讲解 二、物理量的测量 验证机械能守恒定律，涉及的物理量有动能和势能，所以需要测量物体的————、———————————————以及物体的————————这三个物理量。 注意：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；如果只是验证机械能守恒定律可以不测物体的质量。 三、数据分析 质量 物体所处位置的高度 运动速度 新知讲解 1.计算物体在选定位置上动能与势能的和是否满足 2.计算重物在某两点间的动能变化和势能变化是否满足 本实验我们提供物体做自由落体运动及沿光滑斜面下滑这两种方案来验证机械能守恒定律。 根据选定的实验方案设计相应的表格记录实验数据。实验中可采用两种验证方案来验证机械能守恒定律。 新知讲解 实验一：研究自由下落物体的机械能 （二）实验器材 （一）实验原理 在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能减少，动能增加，如果重力势能的减少量——————动能的增加量，就验证了机械能守恒定律. 等于 铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源(4～6 V). 新知讲解 （三）实验步骤 1.安装置：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。 2.打纸带：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。 3.更换纸带，重复几次。 新知讲解 3.纸带的处理 方法1：利用起点和距起点较远的点从打好点的纸带中挑选点迹清晰纸带上的第一个点为计时起点0，且开始的两点间距接近2mm的一条纸带，在起始点标上0，以后任取间隔相同时间的点依次标上1、2、3…….用刻度尺测出0到1、2、3……的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3……. 0 1 2 3 4 5 6 7 * 新知讲解 m=0.2992kg g=9.8m/s2 重力势能减少量为mghn 动能增加量 结论：在实验误差允许范围内 即机械能守恒。 相等 计数点n hn/m Vn/ms-1 mghn 1 0.1440 2 0.1790 1.86 0.5248 0.5176 3 0.2184 2.065 0.6404 0.6379 4 0.2616 2.258 0.7671 0.7627 5 0.3087 2. 435 0.9052 0.8887 6 0.3590 2.635 1.0526 1.0387 7 0.4141 新知讲解 新知讲解 思考：纸带上的头两个点间的距离为什么应接近2mm？ 因为起始点的速度应该为零，t=0.02s，g=10m/s2 起始点 2mm 方法2：任取两点A、B 新知讲解 4.整理器材，使器材复位 A B Δh 任取两点A、B，计算重力势能的减少量mghA-mghA动能增加量 则机械能守恒定律得到验证。 如果在实验误差允许范围内 新知讲解 思考讨论1：实验时，其实可以不测量物体的质量。想一想，这是为什么？ 验证机械能守恒定律实验需要验证： 或 只需验证 因此可以不测量物体的质量。 即可 或 新知讲解 思考讨论2：速度能不能用 v = gt 计算？ 参考答案：这种方法认为加速度为g ，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于g，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是减少的，故这种方法也不能用。 思考讨论3：如何测量物体的瞬