8.5 实验：验证机械能守恒定律 课件 -2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第八章 第五节 实验：验证机械能守恒定律 思考：机械能守恒的条件是什么？它有哪些表达形式？ 复习思考 1.条件：仅有重力或系统内弹力做功。 2.表达式： ①守恒的角度： ②转化的角度： ③转移的角度： 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 物体沿光滑斜面下滑 小球的摆动 方案一 1.实验目的 借助自由落体运动来验证机械能守恒定律 思考：如何验证自由落体运动的机械能守恒？ 自由落体运动 O B 2.实验器材： 铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。 ？ 3.实验原理： 方法一： h h2 h1 O A B C 需要测量起点O到A、B、C三点的距离h1、h、h2 方法二： 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Δh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 Δh A B 从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的，然后以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出图线． 方法三： 作图象 0 h 结论：若在误差允许的范围内，图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律． 该图象的斜率表示什么？ 4.实验步骤 ④选择合适的纸带，用毫米刻度尺测出所选定的各计时点到基准点的距离，处理数据。 ③更换纸带，重复3-5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。 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。 问题思考 Q1:本实验要不要测量物体的质量？ 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。 Q2: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）。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？ 纸带上的头两个点间的距离应接近2mm Q3:速度能不能用或计算？ 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。各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于g。 5.误差分析 思考：为什么重物的重力势能减少量略大于动能的增加量？如何减小它们之间的误差？ ①系统误差： 重物下落过程中克服阻力做功。 b.纸带与打点计时器之间存在摩擦阻力. 阻力来源： a.重物下落过程中受空气阻力； ②减小误差的措施： a.减小重物下落时受到的空气阻力（选择体积小、密度大的重物）； b.用电火花计时器代替电磁打点计时器； c.安装打点计时器时保证两个限位孔竖直； d.释放纸带时，保证纸带竖直。 思考：实验中是否存在其他误差？若存在如何减小误差？ 偶然误差： 测量纸带长度时存在误差 （1）多次测量取平均值； （2）依次测量后面的点与第一点之间的距离。 h h2 h1 O A B C 措施： 2.实验步骤 方案二 研究沿斜面下滑物体的机械能 1.实验器材 如图所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。 气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。 3.实验测量及数据处理 4.误差分析 两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越____，误差越小。 窄 (1)测量两光电门之间的高度差Δh； (2)滑块经过两光电门时遮光条遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度。 若遮光条的宽度为ΔL，则滑块经过两光电门时的速度分别为v1＝____，v2＝____； (3)若在实验误差允许范围内满足mgΔh＝eq \f(1,2)mveq \o\al(2,2)－eq \f(1,2)mveq \o\al(2,1)，则验证了机械能守恒定律。 $