1.5 第2课时 实验：验证机械能守恒定律（课件PPT）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理必修第二册（鲁科版2019）

第2课时　实验：验证机械能守恒定律 实验目的 1．验证机械能守恒定律。 2．进一步熟悉打点计时器的使用。 实验器材 铁架台、打点计时器、交流电源、纸带、重物、天平、砝码、刻度尺。 实验原理与设计 实验装置如图所示。让带有纸带的重物自由下落，利用打点计时器记录重物下落过程中的运动情况。选取纸带上的某点作为高度测量的起点，量出纸带上其他点相对该点的距离作为高度。用天平称出重物的质量，算出重物经过这些点的重力势能。再计算重物经过这些点的瞬时速度，算出动能。最后，通过比较重物经过这些点的机械能，得出实验结论。 实验步骤 1．使用天平称出重物质量。 2．纸带一端吊重物，另一端穿过打点计时器。手提纸带，使重物靠近打点计时器并静止。接通电源，松开纸带，让重物自由落下。 3．取下纸带并选其中一个点作为参考点，设打该点时重物的重力势能为0，计算打该点时重物的动能，它就是重物下落过程中动能与重力势能的总和。 4．分别计算纸带上其他各点对应的重物的动能和重力势能之和。 注意事项 1．注意将打点计时器接在低压交流电源上，调节好振针的高度，使打出的纸带点迹清晰。 2．应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放纸带。 3．选择点迹清晰的纸带，最好是第1点和第2点间距离略小于2 mm的纸带。 创新探究 1．思路创新 改进速度的测量方法，利用光电门，记录挡光时间，利用平均速度代替瞬时速度。 [典例1]　用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用 的电源为学生电源，输出低压交流电和直流电两种，重物从高处由静 止开始落下，重物拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸 带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。 (1)下面列举了该实验的几个操作步骤： A．按照图示的装置安装器件； B．将打点计时器接到电源的直流输出端上； C．用天平测量出重物的质量； D．释放悬挂纸带的夹子，接通电源开关打出一条纸带； 实验原理与操作 E．测量打出的纸带上某些点之间的距离； F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。 其中没有必要进行的步骤是 ；操作不恰当的步骤是 。 (2)某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时，打下的一条纸带如图所示，0点为起始点，测得3点、6点、9点与第一点0间的距离分别为hA＝1.75 cm，hB＝7.00 cm，hC＝15.70 cm，交流电的周期是0.02 s，当地的重力加速度g＝9.8 m/s2，设重物的质量是m＝1.00 kg，则从0点到6点，重物的动能增量ΔEk＝ J，重物重力势能减少量ΔEp＝ J。(均保留两位有效数字) [答案]　(1)C　BD　(2)0.68　0.69 关于实验操作的三点提醒 (1)本实验不需要测量重物的质量。 (2)打点计时器连接的应该是交流电源。 (3)实验时应该先接通电源后释放重物。　　 数据处理与误差分析 (3)实验小组的同学又正确计算出图乙中打下计数点A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度v，以各计数点到A点的距离h′为横轴，v2为纵轴作出图像，如图丙所示，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的物体机械能守恒的依据是 。 1．[实验器材的创新]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。 (1)实验步骤： ①将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平； ②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l＝9.30 mm； ③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝ cm； 创新考查角度和创新思维 ④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2； ⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2； ⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。 (2)用表示直接测量的物理量字母写出下列所示物理量的表达式： ①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝ 和v2＝ 。 ②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝ 和Ek2＝ 。 ③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp减＝ ___________ (重力加速度为g)。 (3)如果ΔEp减＝ ，则可认为验证了机械能守恒定律。 2．[实验原理的创新]如图所示装置可用来验证机械能守恒定律。长度为 L的轻绳一端固定在O点，另一端系一摆锤A(可视为质点)，在A上放一 个小铁片。现将摆锤拉起，使绳偏离竖直方向θ角，由静止开始释放摆 锤，当其到达最低位置时