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

8.5实验：验证机械能守恒定律 1.机械能守恒的条件和内容是什么？ 2.对于一个物体或系统，机械能守恒的表达式是什么？ 复习与回顾 1.内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。 2.条件：（1）系统内只有重力（或弹力）做功； （2）只发生动能和势能间的相互转化。 3.表达式： ① E2= E1 EP2+EK2=EP1+EK1 ② E减＝E增 一、实验原理 铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸(或墨粉纸盘)、导线、刻度尺、交流电源． 二、实验器材 1.安装装置：按图甲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． 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． 三、实验步骤 (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2 mm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mghn＝m，则机械能守恒定律得到验证． 四、数据处理 (2)验证方法 方法二：任取两点A、B.如果在实验误差允许范围内 mghAB＝m－m，则机械能守恒定律得到验证． 四、数据处理 (2)验证方法 方法三：图像法(如图所示)． 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． 四、数据处理 本实验的误差主要是测量纸带产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差． 五、误差分析 1.安装打点计时器时，要使两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． 3.实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落． 4.本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m. 5.速度不能用v＝gt或v＝计算，应根据纸带上测得的 数据，利用vn＝计算瞬时速度． 六、注意事项 七、实验过程 例1.1　某实验小组“用落体法验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示．实验中测出重物自由下落的高度h及对应的瞬时速度v，计算出重物减少的重力势能mgh和增加的动能m，然后进行比较，如果两者相等或近似相等，即可验证重物自由下落过程中机械能守恒．请根据实验原理和步骤完成下列问题： 关于上述实验，下列说法中正确的是________． A．重物最好选择密度较小的木块 B．重物的质量可以不测量 C．实验中应先接通电源，后释放纸带 D．可以利用公式v＝来求解瞬时速度 典型例题： 典型例题： 例1.2 如图乙是该实验小组打出的一条点迹清晰的纸带，纸带上的O点是起始点，选取纸带上连续的点A、B、C、D、E、F作为计时点，并测出各计时点到O点的距离依次为27.94 cm、32.78 cm、38.02 cm、43.65 cm、49.66 cm、56.07 cm.已知打点计时器所用的电源是50 Hz的交流电，重物的质量为0.5 kg，则从计时器打下点O到打下点D的过程中，(重力加速度g取9.8 m/s2，计算结果保留三位有效数字) 重物减少的重力势能ΔEp＝________ J； 重物增加的动能ΔEk＝________ J， 两者不完全相等的原因可能是_____________． 典型例题： 例1.3 实验小组的同学又正确计算出图乙中打下计时点A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度v，以各计时点到A点的距离h′为横轴，v2为纵轴作出图像，如图丙所示，根据作出的图像，能粗略验证自由下落的物体机械能守恒的依据是__________________． 典型例题： 例2.1　现利用如图所示装置“验证机械能守恒定律”．图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的数字计时器都没有画出．让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的数字计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2 s、2.00×10－2 s．已知滑块质量为2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门1和2之间的距离为0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度．(结果均保留三位有效数字) 滑块通过光电门1时的速度v1＝______ m/s， 通过光电门2时的速度v2＝________ m/s. 典型例题： 例2.2　现利用如图所示装置“验证机械能守恒定律”．图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的数字计时器都没有画出．让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的数字计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2 s、2.00×10－2 s．已知滑块质量为2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门1和2之间的距离为0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度．(结果均保留三位有效数字) 滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为______ J， 重力势能的减少量为________ J. 典型例题： 例2.3　现利用如图所示装置“验证机械能守恒定律”．图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的数字计时器都没有画出．让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的数字计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2 s、2.00×10－2 s．已知滑块质量为2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门1和2之间的距离为0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度．(结果均保留三位有效数字) 实验可以得出的结论：_______________________. 典型例题： 例3.1　用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，物块2从高处由静止开始下落，物块1上拖着的纸带打出了一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．图乙给出的是实验中获取的一条纸带，其中0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个计时点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示．已知物块1、2的质量分别为m1＝50 g、m2＝150 g．(电源频率为50 Hz，结果均保留两位有效数字) 在纸带上打下计数点5时的速度v5＝____ m/s. 典型例题： 例3.2　用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，物块2从高处由静止开始下落，物块1上拖着的纸带打出了一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．图乙给出的是实验中获取的一条纸带，其中0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个计时点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示．已知物块1、2的质量分别为m1＝50 g、m2＝150 g．(电源频率为50 Hz，结果均保留两位有效数字) (2)在打点0～5过程中，系统动能的增加量ΔEk＝____ J， 系统重力势能的减少量ΔEp＝____ J．(g取10 m/s2) 典型例题： 例3.3　用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，物块2从高处由静止开始下落，物块1上拖着的纸带打出了一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．图乙给出的是实验中获取的一条纸带，其中0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个计时点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示．已知物块1、2的质量分别为m1＝50 g、m2＝150 g．(电源频率为50 Hz，结果均保留两位有效数字) (3)若某同学作出的v2－h图像如图丙所示， 则当地的实际重力加速度g＝________ m/s2. Lavf59.16.100 $$