第05讲 实验：验证机械能守恒定律（同步课件）-【上好课】2024-2025学年高一物理同步精品课堂（人教版2019必修第二册）

第八章 机械能守恒定律 8.5 实验：验证机械能守恒定律 人教版(2019)必修 第二册 Directory 目录 物理量的测量 01 新课引入 03 02 实验思路 实验方案1 04 实验方案2 05 课堂练习 06 conclusion 新课引入 01 复习与回顾 1.机械能守恒的条件是什么？ 2.对于一个物体或系统，机械能守恒的表达式是什么？ 3.你是否可以举一些生活中机械能守恒的实例？ conclusion 实验思路 02 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。 conclusion 物理量的测量 03 需要测量三个物理量 (1)物体的质量； (2)物体所处位置的高度； (3)物体的运动速度。 conclusion 实验方案1 04 新课讲授 1.实验器材 铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。 新课讲授 实验演示 新课讲授 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。 新课讲授 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。 新课讲授 4.数据分析 思考与讨论：对于实际纸带，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？ 新课讲授 4.数据分析 思考与讨论：如何求出计数点的速度大小？比如计数点6的速度如何求？ 新课讲授 4.数据分析 新课讲授 4.数据分析 conclusion 实验方案2 05 新课讲授 1.实验器材与装置 (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。 新课讲授 2.实验演示 新课讲授 3.实验测量及数据处理、误差分析 (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____，误差越小。 窄 conclusion 课堂练习 06 1．用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验，通过测量重物运动过程中下落高度h和相应的速度大小v等物理量，进行分析验证。下列说法正确的是（　　） A．重物应在靠近打点计时器处由静止释放 B．应先释放纸带再打开打点计时器电源 C．可以利用公式计算重物的速度 D．作图像，只有当图线是过原点的直线时，才能说明机械能守恒 A 【答案】A 【详解】A．为了充分利用纸带，则重物应在靠近打点计时器处由静止释放，选项A正确； B．应先打开打点计时器电源再释放纸带，选项B错误； C．利用公式计算重物的速度，就是认为重物下落的加速度为g，相当间接验证了机械能守恒定律，选项C错误； D．根据可得则做图像时，只有当图线是过原点的直线时且斜率为2g，才能说明机械能守恒，选项D错误。故选A。 2．某小组利用图示装置做“验证机械能守恒定律”实验，小球释放后，通过光电门1和2，实验中不是必须测量的物理量是（    ） A．小球的质量 B．小球的直径 C．两光电门间的距离 D．小球分别通过两光电门的时间 A 【答案】A 【详解】小球通过光电门的速度，小球通过两光电门过程，根据机械能守恒定律有解得可知，必须测量的物理量有小球的直径、两光电门间的距离与小球分别通过两光电门的时间，不是必须测量的物理量是小球的质量。故选A。 3．用自由落体法“验证机械能守恒定律”，就是看是否等于（n为计数点的编号0、1、2…n）。下列说法中正确的是（　　） A．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零 B．是计数点n到点1的距离 C．必须测量重物的质量 D．可以用计算，其中（T为打点周期） A 【答案】A 【详解】A．根据题意可知，物体动能的增加量应为而题目中看是否等于，将看成零，即打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零，故A正确； B．根据题意可知，物体重力势能的减少量应为而题目中看是否等于，即将看成起点即零势能面，故为点到0的距离，故B错误； C．根据题意可知，题目中看是否等于，可以消掉，故不需测量重物的质量，故C错误； D．实验中应用公式来计算，如果用计算速度的话，相当于默认物体做的是自由落体运动，那物体的机械能必然守恒，故D错误。故选A。 4．物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据处理、误差分析等。例如某同学在“验证机械能守恒定律”实验中，利用实验时打出的纸带，测量出各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，计算出各计数点对应的速度v。画出随h变化的图像如图所示。在误差允许的范围内，图线的斜率更接近（       ） 时，可认为重锤下落过程中，机械能守恒。 A． B． C． D． A 【答案】A 【详解】根据机械能表达式得故图线斜率为故A正确，BCD错误。故选A。 5．在研究重物自由下落过程中机械能守恒的实验中，得到如图所示的一条纸带，该纸带上最初打出的几个点不清楚，纸带上留下的是后面的一些点算出打下B、C两点时重物的速度分别是、，测得 B、C两点间的距离为h，那么验证机械能守恒的表达式可写为（　　） A． B． C． D． B 【答案】B 【详解】从B运动到C的过程中，重力势能的减少量为动能的增加量为所以验证机械能守恒的表达式为即故选B。 6．如图所示，在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用的交流电的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g=10m/s2，测得所用的重物的质量为1.00kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带如图所示。把第一个点记做O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点。经测得知道A、B、C、D各点到O点的距离为62.99cm、70.14cm、77.76cm、85.37cm。根据以上数据可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于___________J；C点的速度为_______m/s；（计算结果保留三位有效数字）；但实验中总存在重力势能的减少量_______动能的增加量（填小于、等于、大于），则上述三个空的答案是（　　） A．7.78　381　等于 B．7.78　3.81　大于 C．778　3.81　大于 D．7.78　3.81　等于 B 【答案】B 【详解】ABCD．重物下落过程中，重力势能的减小量等于重力做的功匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段位移的平均速度，有重物下落过程中需要克服空气阻力做功，由能量守恒可得重力势能的减少量大于动能的增加量，ACD错误，B正确。故选B。 本节结束 谢谢观看 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.32 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。 Lavf58.12.100 (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。 $$