8.5实验：验证 机械能守恒定律-2023-2024学年高一物理同步精讲课件（人教版2019必修第二册）

8.5 实验：验证机械能守恒定律 实验思路 实验原理与设计 实验案例 目录 CONTENTS 1 2 3 思考：机械能守恒的条件是什么？它有哪些表达形式？ 1.条件：仅有重力或弹力做功。 2.表达式： （1）守恒的角度：E1 = E2 （2）转化的角度： △Ek增 = △ EP减 （3）转移的角度： △EA增 =△ EB减 一、实 验 思 路 二、实验原理与设计 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 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 一、实验目的: 借助自由落体运动来验证机械能守恒定律 案例一： 二、实验器材： 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。 打点计时器 纸带 重物 ？ 铁架台 ①用天平测量重物的质量 ②按照如图所示装置安装打点计时器 ③将纸带穿过计时器，下端与重物相连 ④接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带 ⑤及时切断电源，取下纸带，标上纸带号 ⑥更换纸带，重复以上步骤 ⑦整理器材，使器材复位 三、实验步骤 ？ = 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 ？ = 方法一：利用起始点和第n点 四、数据处理 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△h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。 方法二：任取两点计算 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v2/2，然后以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2/2－h图线． 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． 0 h 该图象的斜率表示什么？ ？ = 方法三：作v2/2－h图象． 五、误差分析 一：系统误差 重物下落时克服阻力做功 阻力来源 重物下落时所受的空气阻力 纸带与打点计时器的摩擦力 有效措施 选择体积小、密度大的重物 用电火花打点计时器 保证限位孔和纸带竖阿直放置 二：偶然误差 五、误差分析 测量点迹之间的距离时存在误差 误差来源 读数时偏大或者偏小 有效措施 多次测量取平均值 依次测量后面点与第一点距离 六、注意事项 1、选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？ 我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。 2、安装打点计时器时，应注意什么问题？这样做的目的是什么？ 计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。 减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差；保证重物有足够的下落空间，以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算。 3、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？ 先通电源，再释放纸带 4、释放纸带时应注意什么问题？ 释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。 六、注意事项 【典例1】［2017·天津卷］如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。 练一练： （2）对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是　　　　。 A.重物选用质量和密度较大的金属锤 B.两限位孔在同一竖直面内上下对正 C.精确测量出重物的质量 D.用手托稳重物，接通电源后，释放重物 AB　 （1）某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________。 A.OA、AD和EG的长度 B.OC、BC和CD的长度 C.BD、CF和EG的长度 D.AC、BD和EG的长度 BC　 练一练： 二、实验原理 借助沿斜面下滑物体验证机械能守恒定律 一、实验目的： 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，对物体不做功，这种情况也满足机