第8章 第5节 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（人教版2019）

第 5节　实验：验证机械能守恒定律 实验目的 1．通过实验研究物体运动过程中动能与重力势能的变化，从而验证机械能守恒定律。 2．练习使用打点计时器或气垫导轨等器材验证机械能守恒定律。 实验思路 思路1：自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件。 思路2：物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持 力，但支持力与物体位移方向垂直(如图所示)，对物体不做功，这 种情况也满足机械能守恒的条件。 思路3：用细线悬挂的小球摆动时，细线的拉力与小球的运动方向垂直，对小球不做功。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。 实验器材 铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。 实验步骤 1．安装装置：按图甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。 2．打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落。重复几次，得到3～5条打好点的纸带。 3．选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量并计算出两位置之间的距离Δh及在两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。 注意事项 1．应尽可能控制实验，满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有： (1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。 (2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，使空气阻力减小。 2．实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直。接通电源后，等打点计时器工作稳定再松开纸带。 [典例1]　如图所示为用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置。 (1)在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中要用工具测 量和通过计算得到的有 。 A．重锤的质量 B．重力加速度 C．重锤下落的高度 D．与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度 实验原理与操作 在以上步骤中，不必要的步骤是 ；有错误或不妥的步骤是 (填写代表字母)；更正情况是 ① ， ② ， ③ ， ④ 。 (3)实验时，应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，这样做可以______(选填“消除”“减小”或“增大”)纸带与限位孔之间的摩擦。 (4)在实际测量中，重物减少的重力势能通常会 (选填“略大于”“等于”或“略小于”)增加的动能。 (4)实际实验中，重锤要受到空气阻力，纸带和打点计时器的振针和限位孔之间有摩擦力，故重物下落时要克服这些阻力做功，重力势能不能全部转化为动能，有一小部分转化为内能，故重物减少的重力势能通常会略大于增加的动能。 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 。 [答案]　(1)BC　(2)2.14　2.12　重物下落过程中受到阻力作用　(3)图像的斜率等于19.52，约为重力加速度g的两倍，故能验证机械能守恒 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； 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； 创新考查角度和创新思维 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