8.5 实验：验证机械能守恒定律- 【物理优课PPT】高中物理必修第二册同步PPT课件（人教版2019）

THE EXPERIMENT 人教版 高中物理必修第二册 授课老师：* * * 学习目标 学习目标 3.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因。 2.熟悉瞬时速度的测量方法。 1.验证机械能守恒定律。 课前引导 思考：机械能守恒的条件是什么？它有哪些表达形式？ （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 2 表达式 1 条件：仅有重力或弹力做功。 课前引导 思考：我们熟知的运动中，哪些运动满足仅有重力做功？ 自由落体运动 FN G 光滑斜面上运动的物体 L A B C 小球的摆动 课前引导 思考：我们熟知的运动中，哪些运动满足仅有重力做功？ 平抛运动 x y 钩码拉动滑块的运动 参考案例 1 一、实验目的 二、实验原理 三、实验器材 四、实验步骤 h v 一 实验目的 借助自由落体运动来验证机械能守恒定律 二 实验原理 1、若物体由静止下落高度h时，它的瞬时速度为v，那么重力势能的减小量为mgh，动能的增加量为 1/2mv 2 mgh = mv 2 1 2 看它们在实验误差允许的范围内是否是相等，如果相等则验证了机械能守恒 参考案例 1 一、实验目的 二、实验原理 三、实验器材 四、实验步骤 二 实验原理 2、若以重物下落过程中的某一点 A 为基准，设重物的质量为 m，测出物体对应于 A 点的速度vA 再测出物体由 A 点下落 △h 后经过B点的速度 vB 则在误差允许范围内，由计算得出 机械能守恒定律即被验证 参考案例 1 一、实验目的 二、实验原理 三、实验器材 四、实验步骤 三 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。 ？ 铁架台 打点计时器 纸带 重物 参考案例 1 一、实验目的 二、实验原理 三、实验器材 四、实验步骤 四 实验步骤 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。 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。 3、更换纸带，重复几次。 4、选择合适的纸带，处理数据。 参考案例 1 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。 参考案例 1 gh = v 2 1 2 纸带上的第一个点为计时起点0 （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）。 1 2 x = gt2 = ×9.8×0.022m ≈2×10-3m = 2 mm 1 2 h 问题2 对于实际获得的纸带，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？ 起始点 纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。 注意 参考案例 1 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 EKA＋mgΔh＝EKB 我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能 EA 和 EB。若以点 B为 0 势能点，则有 参考案例 1 问题3 如何测量物体的瞬时速度? A B C t t x x = vA(2t) + a(2t)2 1 2 — vAC = = vA + at x 2t — vB = vA + at vB = vAC v 0 t vA t 2t vB vC 做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。 参考案例 1 速度能不能用 v = 或 v = gt 计算？ 这种方法是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用。 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。 参考案例 1 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。 3、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。 4、实验用的纸带一般小于1m ，从起始点开始大约能打出20 个点左右。末位置的点可选择倒数第一个点或倒数第二个点，从这一个点向前数4～6 个点当初位置的点，可以减小这两个点的瞬时速度以及两点之间距离（高度h）测量的误差。 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。 注意 参考案例 1 测量长度时会带来误差 偶然误差 1 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