高一课件集第3节第1课时实验探究动能与重力势能的转化和守恒

1、1第第3 3节节 能量守恒定律能量守恒定律第第1 1课时课时 实验：探究动能与重力实验：探究动能与重力势能的转化和守恒势能的转化和守恒21.1.探究动能与重力势能的转化与守恒。探究动能与重力势能的转化与守恒。2.2.理解实验原理、掌握实验方法。理解实验原理、掌握实验方法。3.3.会处理实验所得到的数据并得出正确结论。会处理实验所得到的数据并得出正确结论。3动能和重力势能可以相互转化动能和重力势能可以相互转化45在上、下坡的在上、下坡的山路上骑自行山路上骑自行车，动能和势车，动能和势能均发生变化能均发生变化6物体的动能和重力势能可以相互转化，物体的动能和重力势能可以相互转化，那么动能和重力势能之

2、和将会怎样变化呢那么动能和重力势能之和将会怎样变化呢? ?下面我们通过实验来验证这个问题。下面我们通过实验来验证这个问题。7本实验借助于重物的本实验借助于重物的自由下落自由下落验证：验证：动能和重力势能动能和重力势能相互转化过程中，它们相互转化过程中，它们的总和不变的总和不变实验目的实验目的8 （1 1） 在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转化（忽略空气的阻力）。设物体力势能和动能可以相互转化（忽略空气的阻力）。设物体的质量为的质量为m m，下落距离为，下落距离为h h时物体的瞬时速度为时物体的瞬时速度为v v，则物体，则物体的

3、势能减少的势能减少mghmgh，动能增加，动能增加 ，故有，故有【实验原理【实验原理】21mv2mgh21mv292 2A A2 2B B2 21 12 21 1mvmvmvmvmgmgh h- -= = 要判断上式是否成立，需要测量哪些物理量？要判断上式是否成立，需要测量哪些物理量？如何测量这些物理量？如何测量这些物理量？（2 2）在纸带上任意选取一点）在纸带上任意选取一点A A作为参考点，计算出打该作为参考点，计算出打该点时重物的动能，在纸带上再选一点点时重物的动能，在纸带上再选一点B B，计算出，计算出B B点的动点的动能和重力势能之和，然后和能和重力势能之和，然后和A A点的相比较。点

4、的相比较。10需需 要要 测测 量：量：所选参考点所选参考点A A及纸带上其他各点的速度、及纸带上其他各点的速度、各点到参考点各点到参考点A A的距离。的距离。ABh11测量这些物理量，需要哪些测量这些物理量，需要哪些器材？器材？重物、打点计时器、纸带、重物、打点计时器、纸带、交流电源、铁架台、夹子、交流电源、铁架台、夹子、毫米刻度尺毫米刻度尺实验器材实验器材打点打点12实验步骤：实验步骤：按照如上图所示装置安装打点计时器按照如上图所示装置安装打点计时器将纸带穿过计时器，下端与重物相连将纸带穿过计时器，下端与重物相连接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带及时切

5、断电源，取下纸带，标上纸带号及时切断电源，取下纸带，标上纸带号更换纸带，重复以上步骤更换纸带，重复以上步骤整理器材，使器材复位整理器材，使器材复位13数据处理：数据处理：（方法一）（方法一） 在打好点的纸带中挑选在打好点的纸带中挑选“点迹清楚且第一、二两点点迹清楚且第一、二两点间距离约为间距离约为2mm”2mm”的一条纸带，记下第一个点的位置的一条纸带，记下第一个点的位置O O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个连续的点并在纸带上从任意点开始依次选取几个连续的点1 1、2 2、33，并用刻度尺依次测出各点到位置，并用刻度尺依次测出各点到位置O O的距离，这些的距离，这些距离就是物体运动到点距离

6、就是物体运动到点1 1、2 2、3 3、时下落的高度时下落的高度h h1 1、h h2 2、h h3 3,就可求出重力势能的减少量，用平均速度就就可求出重力势能的减少量，用平均速度就是中间时刻的瞬时速度的方法是中间时刻的瞬时速度的方法 ，计算出各点对应的瞬，计算出各点对应的瞬时速度时速度v v1 1、v v2 2、v v3 3即可求出该点的动能。即可求出该点的动能。14hvEPEK123表一表一15AB我们可以选取我们可以选取A A、B B两点，比较它们的机械能两点，比较它们的机械能E EA A和和E EB B, ,以点以点B B为零势能参考点，则有：为零势能参考点，则有： E EKAKAmg

7、hmghE EKBKB数据处理：（方法二）数据处理：（方法二）16h/mh/mv vA Av vB BE EKAKA+ +E EPAPAE EKBKB+ +E EPBPB1 12 23 34 4表二表二17结结 论：论： 在误差允许的范围内，物体在自由下落的过程在误差允许的范围内，物体在自由下落的过程中，动能和重力势能之和保持不变中，动能和重力势能之和保持不变18(1)(1)由于测量长度带来的误差属偶然误差，减小的办法由于测量长度带来的误差属偶然误差，减小的办法是多测几次取平均值。是多测几次取平均值。 (2)(2)实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力( (主

8、要是主要是打点计时器的阻力打点计时器的阻力) )做功，故动能的增加量做功，故动能的增加量EEK K必定稍必定稍小于势能的减少量小于势能的减少量EEP P，这属于系统误差。，这属于系统误差。【误差分析【误差分析】191.1.选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？ 我们要求重物做自由落体运动，而阻力是不可我们要求重物做自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应选用避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应选用密度较大的重物密度较大的重物。问题与讨论问题与讨论202.2.安装打点计时器时，应注意什么问题？安装打点计时

9、器时，应注意什么问题？ 计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计时器要计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。3.3.这样做的目的是什么这样做的目的是什么? ? 减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差；保证重物减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差；保证重物有足够的下落空间，以便在纸带上能够打出较多的点，有有足够的下落空间，以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算。利于进行计算。214.4.实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？ 先通电源，再释放纸带。先通电源，再释放纸带。5.5

10、.释放纸带时应注意什么问题？释放纸带时应注意什么问题？ 释放纸带前，重物应靠近打点计时器，以便能打出释放纸带前，重物应靠近打点计时器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。221.1.在在验证机械能转化与守恒验证机械能转化与守恒的实验中，下列操作正的实验中，下列操作正确的是确的是( ) ( ) A A先释放重物，后接通电源先释放重物，后接通电源B B用秒表测量重物下落的时间用秒表测量重物下落的时间C C打完一条纸带后，立即切断电源打完一条纸带后，立即切断电源D D选用重锤后要称质量选用重锤后要称质量 C C232.2.在在“验证机

11、械能的转化和守恒验证机械能的转化和守恒”的实验中，已知打点计的实验中，已知打点计时器所用的电源的频率为时器所用的电源的频率为50Hz50Hz，查得当地重力加速度为，查得当地重力加速度为g=9.8m/sg=9.8m/s2 2, ,测得所用的重物的质量为测得所用的重物的质量为1.00kg1.00kg。实验中得到。实验中得到一条如图所示点迹清晰的纸带，把第一个点记作一条如图所示点迹清晰的纸带，把第一个点记作O O，另选，另选连续的连续的4 4个点个点A A、B B、C C、D D作为测量的点，经测量知道作为测量的点，经测量知道A A、B B、C C、D D各点到各点到O O点的距离分别为点的距离分别

12、为62.99cm62.99cm、70.18cm70.18cm、77.76cm77.76cm、85.73cm85.73cm，根据以上数据，可知重物由，根据以上数据，可知重物由O O点运动到点运动到C C点，重点，重力势能的减少量等于力势能的减少量等于_焦，动能的增加量等于焦，动能的增加量等于_焦焦( (取取3 3位有效数字位有效数字) )。7.627.627.577.57242.332.332.312.312 23.3.在在“验证机械能的转化和守恒验证机械能的转化和守恒 的实验中的实验中, ,已知打点计时已知打点计时器所用电源的频率为器所用电源的频率为50Hz ,50Hz ,查得当地的重力加速度

13、查得当地的重力加速度g= g= 9.80m/s9.80m/s2 2 , , 测得所用的重物的质量为测得所用的重物的质量为1.00kg,1.00kg,实验运用公式实验运用公式mvmv2 2/2=mgh/2=mgh时时, ,从几条打上点的纸带中挑选第一第二点间的距从几条打上点的纸带中挑选第一第二点间的距离接近离接近_mm_mm并且点迹清楚的纸带（如图所示）进行测并且点迹清楚的纸带（如图所示）进行测量，把第一个点记作量，把第一个点记作O O，另选连续的，另选连续的4 4个点个点A A、B B、C C、D D作为测作为测量的点，经测量知道量的点，经测量知道A A、B B、C C、D D各点到各点到O

14、O点的距离分别为点的距离分别为19.63cm,23.74cm19.63cm,23.74cm、28.22cm28.22cm、33.12cm33.12cm。根据以上数据，可。根据以上数据，可知重物由知重物由O O点运动到点运动到B B点，重力势能的减少量等于点，重力势能的减少量等于_J_J，动，动能的增加量等于能的增加量等于_J_J( (取取3 3位有效数字位有效数字).).254.4.在机械能的转化和守恒实验中，要验证重锤下落时重力在机械能的转化和守恒实验中，要验证重锤下落时重力势能的减少量等于它动能的增加量，以下步骤仅是实验中势能的减少量等于它动能的增加量，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步

15、骤中多余的或错误的有的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有( ) ( ) A A用天平称出重锤的质量用天平称出重锤的质量B B把电火花计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低把电火花计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来压交流电源连接起来C C把纸带的一端固定到重锤上，另一端穿过电火花计时把纸带的一端固定到重锤上，另一端穿过电火花计时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度器的限位孔，把重锤提升到一定的高度D D接通电源，释放纸带接通电源，释放纸带E E用秒表测出重锤下落的时间用秒表测出重锤下落的时间ABEABE265.5.下列关于下列关于“验证机械能的转化和守恒验证机械能的转化和守恒”的实验误差的的实验误差的说法中，正确的是（说法中，正确的是（ ）A.A.重物的质量测量不准会产生误差重物的质量测量不准会产生误差B.B.重物的质量大一些重物的质量大一些, ,有利于减小误差有利于减小误差C.C.重物的质量小一些重物的质量小一些, ,有利于减小误差有利于减小误