8.5 实验： 验证机械能守恒定律 课件-2024-2025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 人教版高中物理 必修第二册 第5节 实验： 验证机械能守恒 一、学习目标（1min） 1、理解验证机械能守恒定律的原理，会设计实验方案，确定需要测量的物理量，采用正确的方法测量相关的物理量； 2、能够控制实验条件，正确进行实验操作，获取物体下落速度大小等数据，会分析动能增加量小于重力势能减少量的原因，并采取相应措施，以减小实验误差； 3、树立实事求是的科学态度，培养认真严谨的科学精神。 二、自主学习 阅读课本P95-97，完成知识填空，8min 二、自主学习 三、自学检测（8min） 自学检测1（3min）用如图所示的装置验证机械能守恒定律， 已知当地重力加速度为g。具体操作如下： ①用刻度尺和三角板测得小球的直径d； ②调整并固定光电门甲、乙，使光电门中心与O点在同一条竖直线上，用刻度尺测得两光电门中心间的距离为h； ③将小球从O点释放，小球先后经过光电门甲、乙，与光电门连接的数字计时器记录小球挡光时间分别为t1、t2。 (1)小球通过光电门甲时速度为________； (2)列出小球由甲下落到乙过程满足机械能守恒的表达式________________。 三、自学检测（8min） 阻力与重力之比更小 0.547 0.588 C 四、要点讲解（8min） 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、物理量的测量 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。 四、要点讲解（8min） 2.实验步骤 (1)安装置：按图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。 (2)打纸带：①将纸带的一端用夹子固定在重物上， 另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带 使重物静止在靠近打点计时器的地方； ②先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落； ③关闭电源，取下纸带。更换纸带重复做3～5次实验。 (3)选纸带：选取点迹清晰且第1、2两点间距接近2 mm的纸带。 (4)测长度：用毫米刻度尺测出所选定的各计时点到基准点的距离。 四、要点讲解（8min） 3.注意问题 (1)减小各种阻力的措施 安装时使打点计时器的限位孔与纸带处于同一竖直平面内；应选用质量和密度较大的重物。 (2)因重物下落过程中要克服阻力做功，实验中动能增加量必定稍小于重力势能减少量，否则实验数据不准确。 四、要点讲解（8min） 4.数据分析 四、要点讲解（8min） 四、要点讲解（8min） 四、实验方案2：研究沿斜面下滑物体的机械能 1.实验器材 气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。 2.实验装置 如图所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。 四、要点讲解（8min） 3.实验测量及数据处理 4.误差分析 两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越 窄 ，误差越小。 例1（5min）做验证机械能守恒的实验时，学生按照图甲组装好装置，把打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上，反复做了很多次，最终仅选出4条点迹清晰的纸带．测量纸带起始两点距离时，学生用手机正对纸带与测量的刻度尺拍照，把照片放大到正常尺寸的10倍，测出了精度更高的数据，分别是：①1.50 mm，②2.00 mm，③1.92 mm，④2.49 mm，为了选出最理想的一条纸带，学生查询得到当地重力加速度g＝9.80 m/s2，通过推算，他们选择了编号为______________的纸带进行研究． 在选出的纸带上，0是打下的第一个点，在后面选取了3个连续的点，标上n－1、n、n＋1，测得它们与0点的距离如图乙所示．则从打下“0”点到打下第“n”点的过程中质量m＝1 kg的重锤动能的增加量ΔEk＝________ J，重锤重力势 能的减少量ΔEp＝________ J，重锤下落的实 际加速度a＝__________ m/s2，a≠g的原因 是________________．(结果均保留3位有效数字) 五、典型例题（10min） 7.61 ③ 7.64 9.75 存在空气阻力、纸带与打点计时器之间的阻力 五、典型例题（10min） 例2（5min）.用如图所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．如图给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，所用电源的频率为50 Hz，计数点间的距离如图所示．已知m1＝50 g、m2＝150 g，则：(结果均保留两位有效数字) (1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝______m/s； (2)在打下第0点到打下第5点的过程中系统动能的增量ΔEk＝________ J，系统势能的减少量ΔEp＝______J；(取当地的重力加速度g＝10 m/s2) 六、当堂练习（10min） 共6题，全部完成后核对答案 2.某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有220 Hz、 30 Hz和40 Hz，打出纸带的一部分如图(b)所示。 该同学在实验中没有记录交流电的频率f， 需要用实验数据和其他条件进行推算。 (1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落， 利用f和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为__________，重物下落的加速度的大小为__________。 (2)已测得x1＝8.89 cm，x2＝9.50 cm，x3＝10.10 cm；当重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f为________ Hz。 当堂练习答案： 1.(1)第2点到第6点之间的距离h26 第1点到第3点之间的距离h13 第5点到第7点之间的距离h57 第2点的瞬时速度v2　第6点的瞬时速度v6 mgh26＝mv62－mv22 (2)ADBCEF 本节课结束，谢谢观看！ gh＝－ vn＝ mghn mv (1)计算速度：利用公式______________计算出点1、点2、点3、…的瞬时速度v1、v2、v3、…。 (2)计算动能和势能的变化：计算各点对应的势能减少量__________和动能增加量__________，填入表格中。 (3)验证方案 方案一：利用起始点和第n点计算，代入ghn和eq \f(1,2)veq \o\al(2,n)，如果在实验误差允许的范围内，ghn＝eq \f(1,2)veq \o\al(2,n)，则验证了机械能守恒定律。 方案二：任取两点计算。 先任取两点A、B测出hAB，算出ghAB。 再算出eq \f(1,2)veq \o\al(2,B)－eq \f(1,2)veq \o\al(2,A)的值。 如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝eq \f(1,2)veq \o\al(2,B)－eq \f(1,2)veq \o\al(2,A)，则验证了机械能守恒定律。 方案三：图像法。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，并计算各点速度的平方v2，然后以eq \f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，绘出eq \f(1,2)v2－h图线，若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。 (1)测量两光电门之间的高度差Δh； (2)滑块经过两光电门时遮光条遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度。 若遮光条的宽度为ΔL，则滑块经过两光电门时的速度分别为v1＝____，v2＝____； (3)若在实验误差允许范围内满足mgΔh＝eq \f(1,2)mveq \o\al(2,2)－eq \f(1,2)mveq \o\al(2,1)，则验证了机械能守恒定律。 $$