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 机械能守恒定律 第五节 实验：验证机械能守恒定律 实验方案 方案一：自由落体法 方案二：光滑斜面法 一、实验原理：物体自由下落时，如果不计空气阻力，物体的机械能守恒，即重力势能的减少量等于动能的增加量。 方案一：自由落体法 h v O 二、实验思路：若以重物下落的起始点O为基 准，设重物的质量为m，测出物体自起 始点O下落距离h时的速度v，则在误差允许范围内，若有即验证了机械能守恒定律。 方案一：自由落体法 夹子 打点计时器 纸带 重物 铁架台 三、实验器材：电火花打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。 ？ 方案一：自由落体法 1.把打点计时器安装在铁架台上，并接好学生电源。 2.把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近。 3.接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应该在纸带上打出一系列的点。 4.重复上一步的过程，打三到五条纸带。 四、实验步骤： 1.选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高h1、h2、h3、……记入表格中。 计数点 l 2 3 下落高度 速度 势能减少量 动能增加量 结论 五、数据处理： 方案一：自由落体法 2.用公式，计算出各点的瞬时速度并记录在表中。 方案一：自由落体法 计数点 l 2 3 下落高度 速度 势能减少量 动能增加量 结论 五、数据处理： 3.计算各点的重力势能的减少量mgh和动能的增加量，将数值填入表格内，并进行比较。 方案一：自由落体法 五、数据处理： 计数点 l 2 3 下落高度 速度 势能减少量 动能增加量 结论 4.用图像法进行数据处理。 0 h v 2 1 2 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？ 若物体自由落体，图象应过原点 方案一：自由落体法 五、数据处理： 问题1：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。 只验证机械能守恒时，可不测量物体的质量。 方案一：自由落体法 问题2：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？ 纸带上的第一个点为计时起点0 ，若物体自由落体，则该点的速度应该为零 。 h 方案一：自由落体法 问题3：可以回避起始点吗（数据处理时可以不用起始点吗） ？ Δh A B 无法证明物体是自由落体运动。 方案一：自由落体法 问题4：能否用或求瞬时速度？ 1.利用求瞬时速度，因重物下落过程中受阻力影响，重物实际加速度比g小，会导致计算出的速度比实际值大，从而导致大于，与事实不符； 2.利用求瞬时速度,相当于默认用机械能守恒定律证明机械能守恒定律。 方案一：自由落体法 问题5：为什么重物的重力势能减少量总是略大于动能的增加量？ 重物下落过程中克服阻力做功。 系统误差 阻力来源： （1）重物下落过程中受空气阻力； （2）纸带与打点计时器之间存在摩擦阻力。 减小误差措施： （1）选择体积小、密度大的重物（减小空气阻力）； （2）安装打点计时器时保证两个限位孔竖直； （3）释放纸带时，保证纸带竖直。 方案一：自由落体法 注意事项： 1.实验中安装打点计时器时，限位孔必须在同一竖直直线上，以减少摩擦阻力，计时器离地面的高度约1m，实验用的纸带60-80cm。 2.实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常以后，才能松开纸带，让重物落下。 方案一：自由落体法 3.测量下落高度时，都必须从起点算起，为了减小测量h值的误差，选取的各计数点要离起始点远些。 4.实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，所以动能的增加量一定小于重力势能的减少量。 方案一：自由落体法 注意事项： 一、实验器材： 气垫导轨 光电门 数字计时器 挡光条长度 方案二：光滑斜面法 砝码通过绕过定滑轮的细线牵连静止放在气垫导轨上的滑块，从静止释放。设砝码和托盘总质量为m，滑块和挡光条总质量为M。 二、实验原理： 方案二：光滑斜面法 三、实验步骤： 1.将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平； 2.测出挡光条的宽度l； 3.由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s； 方案二：光滑斜面法 三、实验步骤： 4.将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2； 方案二：光滑斜面法 三、实验步骤： 5.从数字计时器上分别读出挡光条通过