8.5 实验：验证机械能守恒定律-2023-2024学年高一物理备课高效互动课件（人教2019必修第二册）

null 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 8.5　实验：验证机械能守恒定律 一、实验思路 机械能守恒的前提是“只有重力或系统内的弹力做功”。 本节实验我们以只有重力做功的过程进行研究。 二、物理量的测量及数据分析 只有重力做功时，只发生重力势能和动能的转化。 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 1、若物体由静止下落高度h时，它的瞬时速度为v，那么重力势能的减小量为mgh，动能的增加量为 1/2mv2 看在实验误差允许的范围内是否是相等，如果相等则验证了机械能守恒。 mgh = mv 2 1 2 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 2、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。 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 三、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。 四、实验步骤： 1、安装装置：按图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。 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 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。 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 五、数据处理 1、计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式vn＝　　　　 ，计算出某一点的瞬时速度vn。 2、验证方法 方法一：利用起始点和第n点。 选择开始的两点间距接近2mm的一条纸带，打的第一个 点为起始点，如果在实验误差允许范围内 ， 则机械能守恒定律得到验证。 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 方法二：任取两点A、B。 如果在实验误差允许范围内 ，则机械能守恒定律得到验证。 方法三：图像法 若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且 斜率为g的直线，则机械能守恒定律得到验证。 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 问题1 : 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。 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 1 2 x = gt2 = ×9.8×0.022m ≈2×10-3m = 2 mm 1 2 纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。 问题2 : 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？ 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 速度能不能用 v = 2gh 或 v = gt 计算？ 这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。 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。 思考: 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 4、实验用的纸带一般小于1m ，从起始点开始大约能打出20 个点左右。末位置的点可选择倒数第一个点或倒数第二个点，从这一个点向前数4～6 个点当初位置的点，可以减小这两个点的瞬时速度以及两点之间距离（高度h）测量的误差。 1、安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。 2、应选用质量和密度较大的重物，增大重力可可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小。 3、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带。 六、注意事项： 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 1、偶然误差： 测量长度时会带来误差 2、系统误差： 实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，故动能的增加量ΔEK 必定稍小于势能的减少量ΔEP 。 七、误差分析 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 二、实验原理 : 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，这种情况也满足机械能守恒的条件 一、实验目的：借助沿斜面下滑物体验证机械能守恒定律. 物体沿光滑斜面下滑 参考案例一 高中物理必修二 第八章 机械能守恒定律 参考案例二 实验装置所示。实验操作中，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，重力势能减小，动能增大。测量滑块和挡光片的质量，用光电门测量滑块的瞬时速度。测量滑块下降的高度 Δh 和初、末速度 v1、v2，就可以验证机械能是否守恒 课堂练习 　用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高 处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器，打 出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能 守恒定律。已知当地重力加速度为g。 (1)下面列举了该实验的几个操作步骤： A.按照图示安装好实验器材并连接好电源 B.先打开夹子释放纸带，再接通电源打出一条纸带 C.测量纸带上点迹间的距离 D.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 其中操作不当的步骤是________(选填步骤前的字母)。 B 课堂练习 (2)如图乙所示，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测量出点B距起点O的距离s0，点B、C间的距离为s1，点C、D间的距离为s2，若相邻两点的打点时间间隔为T，重锤质量为m，根据这些条件计算重锤从O下落到C时的重力势能减少量ΔEp＝___________，动能增加量ΔEk＝__________；在实际计算中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要是____________________________________________________________。 mg(s0＋s1) 空气阻力和摩擦阻力使得一部分重力势能转化为内能 课堂练习 (3)某同学利用图中纸带，先分别测量出从A点到B、C、D、E、F、G点的距离h(其中F、G点为E点后连续打出的点，图中未画出)，再计算打出B、C、D、E、F各点时重锤下落的速度v和v2，绘制v2－h 图像，并求得图线的斜率为k，如图丙所示。请说明如何根 据图像验证重锤下落过程机械能是否守恒：____________ 。 v2－h图像应 为一条不过原点且斜率接近2g的直线 mghn＝mvn2 mghAB＝mvB2－mvA2 Lavf58.20.100 $$