8.5 实验：验证机械能守恒定律 课件-2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

8.5实验：验证机械能守恒定律 如何通过实验验证机械能守恒定律呢? 选择一个符合要求的系统和过程，看是否满足机械能守恒的表达式 系统内只有重力或弹力做功 机械能守恒定律的表达形式: 初状态的总机械能等于末状态的总机械能 需选取零势能面 或:减少的势能等于增加的动能 无需选取零势能面 什么样的系统和过程满足只有重力或弹力做功呢? 例如: 物体做自由落体运动 物体沿光滑斜面下滑 细线悬挂的小球摆动 验证: 要验证上式，需要知道哪些物理量? 不需要测出重物的质量 如何通过实验测得这些物理量? 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。 方案一：研究自由落体物体的机械能 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。 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。 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。 选取纸带 纸带上的第一个点最好为计时起点（起始点的速度应该为零，即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚开始下落）。 h 起始点 纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。 思考 可以回避起始点吗? Δh A B 如何测量物体的瞬时速度? 速度能不能用 v = 2gh 或 v = gt 计算？ 注意事项 6、为减小相对误差，所选始末两点的距离应尽量远一点。 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，增大重力可可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小。 5、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带。 3、实验时，先通电源，再释放纸带 4、释放重物前，重物应靠近打点计时器。 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 。 数据处理 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？ 练习：在用落体法验证机械能守恒定律的实验中: (1)所用重物质量m=10kg，打点计时器所用电源频率为50Hz，打下的纸带如图所示(图中的数据为从起始点O到该点的距离)，则在打B点时，重物的速度vB= m/s，重物的动能EkB= J，从开始下落到打B点时，重物的重力势能减少量是 J。(结果保留两位有效数字) (2)根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以v2为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是图中的( ) 0.79 0.31 0.32 C 实验步骤: （1）按如图所示安装实验装置。 （2）把气垫导轨调成倾斜状态，将滑块从导轨最高一端静止释放。 （3）测量滑块和挡光片的质量，用光电门测量滑块的瞬时速度。 （4）测量滑块下降的高度 Δh 和初、末速度 v1、v2。 可以不测m 方案二：研究沿斜面下滑物体的机械能 例:(2021·海南高考)为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图所示的气垫导轨装置(包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计)进行实验。此外可使用的实验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺。 (1)某同学设计了如下的实验步骤，其中不必要的步骤是________； ①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ，并连接数字毫秒计； ②用天平测量滑块和遮光条的总质量m； ③用游标卡尺测量遮光条的宽度d； ④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l； ⑤调整好气垫导轨的倾斜状态； ⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处，由静止开始释放，从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间Δt1、Δt2； ⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度h1、h2； ⑧改变气垫导轨倾斜程度，重复步骤⑤⑥⑦，完成多次测量。 ②④ (2)用游标卡尺测量遮光条的宽度d时，游标卡尺的示数如图所示，则d＝________ mm；某次实验中，测得Δt1＝11.60 ms，则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度v1＝________ m/s(保留3位有效数字)； 5.00 0.431 (3)在误差允许范围内，若h1－h2＝________________(用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示，已知重力加速度为g)，则认为滑块下滑过程中机械能守恒； (4)写出两点产生误差的主要原因：______________________________ _________