4.6 验证机械能守恒定律 课件 -2025-2026学年高一下学期物理粤教版必修第二册

粤教版必修一第四章机械能及其守恒定律 第六节 验证机械能守恒定律 学习目标 实验原理 实验目的 实验步骤 数据处理及误差分析 2 一、导入新课 在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和重力势能发生相互转化，机械能的总量保持不变。 表达式： 回顾：机械能守恒定律 一、导入新课 情境中的机械能守恒：只有重力做功，动能和势能相互转化 研究问题的基本方法：从简单的情境到复杂情境、从特殊到一般 二、验证机械能守恒定律 一、实验目的：验证只有重力做功时，系统的机械能守恒。 二、实验器材 打点计时器 （电磁或电火花） 学生电源 （低压交流） 铁架台 （带铁夹） 重锤 （密度大、体积小） 纸带 若干条 复写纸 / 墨粉纸盘 毫米刻度尺 测量计数点间距 导线 连接计时器与电源 二、验证机械能守恒定律 三、实验原理： 问题1：需要测量哪些物理量？ 始末位置的高度差、始末位置的速度、物体的质量？ 二、验证机械能守恒定律 问题2：如何测量速度的大小？ 根据公式vn= ，计算出1、2、3、…、n点的瞬时速度v1、v2、v3、…、vn。 三、实验原理： 二、验证机械能守恒定律 三、实验原理： 问题2：如何安装打点计时器？ 打点计时器要竖直固定，让两个限位孔在同一竖直面上。 二、验证机械能守恒定律 三、实验原理： 问题3：重物下落过程中，除了重力外会受到哪些阻力？怎样减少这些阻力对实验的影响？ ①打点计时器两个限位孔的中线严格竖直。 ②应选用质量和密度较大的重物。 ③实验中提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直，先接通电源，再松开纸带。 二、验证机械能守恒定律 三、实验原理： 问题4：如何验证守恒？ 方法一： 二、验证机械能守恒定律 三、实验原理： 问题4：如何验证守恒？ 方法二： 核心优势：此方法不依赖于纸带起始点的初速度是否为零，适用范围更广，具有更高的普遍性。 二、验证机械能守恒定律 三、实验原理： 问题4：如何验证守恒？ 方法三：图像法，若图像为一条过原点的倾斜直线，且直线斜率 k ≈ g，则可验证机械能守恒定律。 二、验证机械能守恒定律 四、实验步骤 二、验证机械能守恒定律 五、数据处理与误差分析 绝对误差 计数点 2: 绝对误差 = |0.93m - 0.83m| = 0.10m 计数点 3: 绝对误差 = |1.20m - 1.11m| = 0.09m 计数点 4: 绝对误差 = |1.51m - 1.45m| = 0.06m 计数点 5: 绝对误差 = |1.87m - 1.78m| = 0.09m 计数点 6: 绝对误差 = |2.25m - 2.13m| = 0.12m 二、验证机械能守恒定律 五、数据处理与误差分析 相对误差 计数点 2: 相对误差 = (0.10m / 0.93m) × 100% ≈ 10.75% 计数点 3:相对误差 = (0.09m / 1.20m) × 100% = 7.50% 计数点 4: 相对误差 (0.06m / 1.51m) × 100% ≈ 3.97% 计数点 5: 相对误差 = (0.09m / 1.87m) × 100% ≈ 4.81% 计数点 6: 相对误差 (0.12m / 2.25m) × 100% ≈ 5.33% 二、验证机械能守恒定律 问题4：物体减小的势能总是略大于增加的动能。这是什么原因导致的呢？ 系统误差 ▍主要来源 重物和纸带下落过程中不可避免地受到阻力作用（空气阻力、纸带与限位孔间的摩擦阻力）。 ▍对实验的影响 阻力做负功，导致一部分机械能转化为内能。因此，实验测得的动能增加量 ΔEₖ 总是略小于重力势能的减少量 ΔEₚ。 ▍减小方法 • 选用密度大、体积小的重锤，以减小空气阻力的影响。 • 仔细调整器材，使纸带在下落时与限位孔的摩擦最小化。 偶然误差 ▍主要来源 实验中对纸带点迹间长度测量时的读数误差。 ▍减小方法 • 使用毫米刻度尺进行测量，估读到毫米的下一位，提高读数精度。 • 测量下落高度时，坚持“一次性”原则，即从起始点 O 一次性测量到各计数点，以避免多次测量带来的累积误差。 二、验证机械能守恒定律 核心原理 验证自由落体运动中，重力势能的减少量等于动能的增加量。 关键技能 掌握利用打点计时器纸带求瞬时速度的计算方法。 重要操作 实验时务必“先通电，后释放”重物，并选取点迹清晰的纸带。 数据分析 除直接代入公式计算的方法外，更推荐绘制图像法，直观验证机械能守恒关系。 误差根源 主要来自空气阻力和摩擦阻力。因此实验结果通常表现为动能增加量小于势能减少量（ΔEk < ΔEp）。 三、创新实验 利用气垫装置研究系统的机械能守恒定律 三、创新实验 三、创新实验 利用“阿特伍德机”（双物块模型） Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $