【金牌学案】年高中物理 第四章 第五节 验证机械能守恒定律课件 粤教必修2

第五节验证机械能守恒定律

验证机械能守恒定律

1．机械能守恒定律是可以通过理论推导出来的定律，用实验不仅可检验机械能守恒定律，而且还可检验物理理论． 2．学会设计实验，通过正确理解机械能守恒定律的内容和____________，设计验证实验．成立条件3．学会数据处理，从实验结果中分析数据，得出结论．要点1创新实验方案设计

1．用气垫导轨验证机械能守恒定律 (1)在该实验中选取气垫导轨、光电门、数字计时器等器材，如图4－5－1所示安装实验装置，图中m为滑块质量，l为挡光板长度，G1、G2

为光电门．

图4－5－1

(2)将滑块从轨道上端某一处滑下，测出它通过光电门G1和G2

时的速度v1

和v2，可得到G1

到G2

这段位移中滑块的动

(3)再算出G1

到G2

这段位移中滑块重力势能的减少量ΔEp，比较ΔEk

和ΔEp，得到ΔEk＝ΔEp

的结论，从而证明机械能守恒． 2．用自由落体和打点计时器验证机械能守恒定律图4－5－2

(1)安装：如图4－5－2所示，将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压交流电源相连接．

(2)接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落．重复几次，打下3～5条纸带．

(3)选纸带：选取点迹较为清晰的纸带；挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0、1、2、3、… (4)数据测量：测出0到点1、点2、点3、…的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3、…

(5)数据处理：利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h，计算出瞬时速度v，便可验证物体重力势能的减少3．利用平抛运动验证机械能守恒定律

(1)运用如图4－5－3所示的装置，让小球从光滑斜轨道的某一高度处由静止开始滚下．小球离开轨道时做平抛运动．图4－5－3

(2)测出图中平台高度H、小球在光滑斜轨道上由静止开始滚下时离平台的高度h以及小球做平抛运动时的水平位移s.

【例1】为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关，其中不必要的器材是___________________，缺少的器材是_____________________.

解析：打点计时器工作是需要用交流电源的，故低压直流电源应该换成低压交流电源；在该实验中，物体的质量可以不用测量，用不到天平；打点计时器已经起到计时的作用了，秒表多余，而且打点计时器比秒表计时更精确．低压交流电源、重锤、

答案：低压直流电源、天平、秒表刻度尺

1．如图4－5－4所示，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP是可绕O点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球(可看做质点)．现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能．图4－5－4重力质量(1)还需要的器材是______、_______．天平刻度尺

(2)以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对___________的测量，进而转化对______和______的直接测量．高度势能要点2实验注意事项及数据分析

1．落体法验证机械能守恒定律的注意事项 (1)安装打点计时器时，必须使穿纸带的两限位孔在同一竖直线上，以减少纸带和限位孔的摩擦． (2)纸带应保持竖直，平直不卷曲，避免人为增大摩擦阻力． (3)纸带选取：点迹清晰、点成一线及第1、2点间间距接近2mm这样的纸带最合适． (4)测量下落高度时，必须从起点开始算．

测量，物体的质量选取要尽量大些，以减小因摩擦造成的相对误差．(6)数据计计算时，应注注意重力加速速度g取当地的值．．的，而我们的的实验目的是是验证机械能能守恒定律，，显然，运用用该式求解速度不不妥．(8)不能用用公式v＝gt求物体下落速速度．该式认认为物体下落落的运动加速度度为g，而实际上在在实验中不可可避免地受到到各种摩擦力的作用，，如计时器的的限位孔与纸纸带的阻力等等．因此下落落的加速度必将小小于g，而下落高度度是直接测量量值．这样得得到的是机械能增加的的结论，而有有阻力作用时时机械能应为为减小的，故故这种方法不能使使用．2．纸带打点点数据的分析析(1)vn＝hn＋1－hn－12T，即物体在做做匀变速直线线运动时，某某一中间时刻的瞬时时速度等于过过程中的平均均速度，这种种方法能准确确地反映实验的实实际，直接从从纸带中求出出实际速度，，因此在数据据处理中，我们可可以使用该种种方法．(2)数据处处理除了数学学分析以外，，还可以用作作图法来进行行处理．【例2】在“验证机械械能守恒定律律”的实验中中，已知打点点计时器所用电源的的频率为50Hz，查查得当地的重重力加速度g＝9.8m/s2，测得所用重物物的质量为1.00kg，实验中中得到的一条条点迹清晰的的纸带如图4－5－5所所示，把第一一个点记为O，另选连续的的4个点A、B、C、D作为测量点点，待测量量后得到A、B、C、D各点到O点的距离分分别为62.99cm、70.18cm、、77.76cm、85.73cm.根据据以上数据，，可知重物物由O点运动到C点，重力势势能的减少少量等于________J，动能能的增加量量等于________J．．(取三位位有效数字字)图4－－5－－5思路路点点拨拨：：重力力势势能能的的减减少少量量等等于于mgh,O为第第一一个个点点，，动动能为为零零，，动动能能的的增增加加量量等等于于C点的的动动能能，，所所以以从从纸纸带带数数据据求求C点的的速速度度后后可可得得动动能能的的增增加加量量．．由O点到C点，重力势能的减少量为ΔEp＝mghc＝1.00×9.8×77.76×10－2J＝7.62J

解析：交流电源频率f＝50Hz，则答案案：：7.627.572．．在在用用落落体体法法验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律的的实实验验中中：：(1)所所用用重重锤锤的的质质量量m＝1.0kg，，50Hz，打下的纸带如图4－5－6所示(图中的数据为从起始点O到该点的距离)，则在打B点时，重锤的速度vB＝______m/s，重锤的动能EkB＝_____J，从开始下落到打B点时，重锤的势能