8.5 验证机械能守恒定律（教学课件）【教学无忧】2022-2023学年高一物理同步精品备课（人教版2019必修第二册）

8.5实验 验证机械能守恒定律 人教版（2019）物理（必修第二册） 第八章 机械能守恒定律 老师： 授课时间： 1 课堂导入 1、什么叫机械能守恒？ 2、机械能守恒的条件是什么？ 3、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？ 4、质量为m的物体从O点自由下落，以地面为零参考面，经过A、B两点的速度分别为VA和VB，A、B两点距地面的高度分别为hA、hB。如何推导机械能守恒的表达式？ 5、我们可以通过什么样的实验来验证这一定律呢？ 实验目的：验证机械能守恒定律 一、实验思路 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。 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)，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。 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。 二、测量物理量 需要测量三个物理量：物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度。 注意：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；如果只是验证机械能守恒定律可以不测物体的质量。 三、实验方案设计及其数据处理 问题：你觉得我们要按照什么样的思路设计实验验证，我们如何设计实验方案。 方案一：自由落体 方案二：光滑斜面 方案三：系统守恒 ... .... 三、实验方案设计及其数据处理 【方案一】研究自由下落物体的机械能 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 夹子 纸带 重物 ？ 实验器材 测量物理量 根据重力势能和动能的定义，很自然想到，需要测量物体的质量、物体所处位置的高度以及物体运动的速度这三个物理量. 三、实验方案设计及其数据处理 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。 三、实验方案设计及其数据处理 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）。 gh = v 2 1 2 1 2 x = gt2 = ×9.8×0.022m ≈2×10-3m = 2 mm 1 2 h 起始点 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。 三、实验方案设计及其数据处理 可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）? 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：mgΔh= Δh A B 三、实验方案设计及其数据处理 第1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。 第2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。 问题：计算物体的速度，可有三种方法，哪种方法不合适？为什么？ 三、实验方案设计及其数据处理 测量点n 1 2 3 4 5 6 高度hn /m 速度vn /(m/s) 势能Ep /J 动能Ek /J 数据记录 三、实验方案设计及其数据处理 1.求瞬时速度 2.守恒验证 方法一:利用起始点。 三、实验方案设计及其数据处理 数据处理 三、实验方案设计及其数据处理 数据处理 方法三:图象法。 从纸带上选取多个点,测量从第一个点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的二次方v2,然后以v2为纵轴, 以h为横轴,根据实验数据绘出 v2-h图线。 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。 三、实验方案设计及其数据处理 三、实验方案设计及其数据处理 误差分析 1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力 (空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量ΔEk 稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差．改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力． 三、实验方案设计及其数据处理 2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．减小误差的办法是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值． 3．打点计时器产生的误差 (1)由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变