新人教版高中物理必修第二册精品课件 8.5 实验 验证机械能守恒定律优质课件

实验：验证机械能守恒定律核心素养目标科学探究能制订验证机械能守恒定律的实验方案，确定需要测量的物理量，学会正确使用实验器材获取数据，对数据进行分析后得出结论，与同学讨论并分析误差及产生的原因，并能用物理语言准确描述实验结论。科学态度与责任通过实验验证，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。知识点一实验思路1.自由下落的物体只受到_______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___________，但__________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。重力支持力支持力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_______，对物体不做功。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。

在只有重力做功的物体系统内，动能与重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 ΔEp减＝ΔEk增垂直知识点二物理量的测量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 (1)点迹清晰。实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第1个点是一个清晰的点。 (2)所打的点呈一直线。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。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。(1)减小各种阻力的措施①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。②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。知识点三数据分析利用公式势能减少量不用测量质量mghn3.验证方案核心要点一实验原理与操作[例1]

如图为验证“机械能守恒定律”的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：核心要点一实验原理与操作[例1]

如图为验证“机械能守恒定律”的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有________。(填入正确选项前的字母)A.毫米刻度尺B.秒表C.0～12V的直流电源D.4～6V的交流电源(2)下面列举了该实验的几个操作步骤：A.按照图示的装置安装器材B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上C.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带，再更换纸带重复多次D.测量纸带上某些点间的距离E.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能其中操作错误的步骤是________________。(3)实验中误差产生的原因有___________________________________________________________________________________________________________________(写出两个原因)。解析

(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要毫米刻度尺、4～6V的交流电源。(2)其中操作错误的步骤是将打点计时器接到电源的“直流输出”上，打点计时器需要交流电源。(3)纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用毫米刻度尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算重力势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定等。答案

(1)AD

(2)B

(3)纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用毫米刻度尺测量纸带上点的位置时读数有误差；交流电源频率不稳定[针对训练1](1)在利用重锤做自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，有关重锤的质量，下列说法正确的是(

) A.应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力 B.应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动 C.不需要称量重锤的质量 D.必须称量重锤的质量(2)在该实验中，选定了一条较为理想的纸带，如图所示，“0”为起始点，以后纸带上所打的各点依次记为1、2、3…，测得的x1、x2、x3…是重锤从开始运动到各时刻的位移。已知打点计时器的打点周期为T，重锤质量为m，重力加速度为g，则当打点计时器打点“4”时，重锤动能的表达式为________；从“0”点到“4”点的过程中重锤重力势能的减少量表达式为______________。核心要点二实验数据的处理[例2]

在“验证机械能守恒定律”的实验中，现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、重锤(带夹子)、天平、毫米刻度尺、50Hz交流电源。回答下列问题： (1)用打点计时器打出一条纸带，前后要连续进行一系列的操作，下列各步骤的先后顺序合理的是________。 A.释放纸带

B.接通电源 C.取下纸带

D.切断电源(2)如图所示，释放纸带前的瞬间，重锤和手的位置合理的是________(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)。(3)某同学用正确的方法获得了一条纸带，并以起点为计数点O，后隔一段距离，取连续点为计数点A、B、C、D、E、F，如图所示。已知重锤的质量为0.5kg，则电磁打点计时器打下E点时，重锤减少的重力势能ΔEp＝________J，重锤增加的动能ΔEk＝________J(取重力加速度g＝9.8m/s2，计算结果保留2位有效数字)，重锤增加的动能ΔEk与减少的重力势能ΔEp的大小关系为ΔEk________ΔEp(选填“大于”“小于”或“等于”)。解析(1)根据实验原理和要求：实验中先接通电源，再释放纸带，然后切断电源，最后取下纸带，所以实验的步骤顺序为BADC。(2)为了减小实验误差，释放前必须保持提起的纸带处于竖直位置，并且使重锤靠近打点计时器，故合理的位置为丙图。答案(1)BADC

(2)丙(3)0.35

0.33小于[针对训练2]

利用如图甲所示装置验证机械能守恒定律：质量m＝0.20kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点。如图乙所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点(其他点未画出)。已知打点计时器每隔0.02s打一次点，当地的重力加速度g＝10m/s2。(计算结果均取3位有效数字) (1)下列实验操作步骤中错误的是(

) A.把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源上 B.将连有重物的纸带穿过限位孔，将纸带和重物提升到一定高度 C.先释放纸带，再接通电源 D.更换纸带，重复实验，根据记录处理数据(2)根据图乙所得的数据，应取图中O点和________点来验证机械能守恒定律，那么打下该点时重物的瞬时速度大小为________m/s。(3)从O点到所取点，重物重力势能减少量ΔEp＝________J，动能增加量ΔEp________J，从而验证了在误差允许范围内机械能守恒。甲乙解析(1)把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源上，选项A正确；将连有重物的纸带穿过限位孔，将纸带和重物提升到一定高度，选项B正确；先接通电源，再释放纸带，选项C错误；更换纸带，重复实验，根据记录处理数据，选项D正确。答案(1)C

(2)B

1.92

(3)0.384

0.369[例3]

利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动。核心要点三实验拓展创新(1)滑块通过B点的瞬时速度可表示为________；(2)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒。[针对训练3]

某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m＝0.2kg，计算结果保留3位有效数字)：时刻t2t3t4t5速度(m·s－1)4.994.483.98

(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝__________m/s；(2)从t2到t5时间内，重力势能增加量ΔEp＝__________J，动能减少量ΔEk＝__________J；(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，从而验证了机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp__________ΔEk(选填“＞”“＜”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)ΔEp＜ΔEk，造成这种结果的主要原因是上升过程中存在空气阻力。答案(1)3.48

(2)1.24

1.28

(3)＜上升过程中存在空气阻力[针对训练3]

某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m＝0.2kg，计算结果保留3位有效数字)：时刻t2t3t4t5速度(m·s－1)4.994.483.98

(1)滑块通过B点的瞬时速度可表示为________；(2)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒。核心要点一实验原理与操作[例1]

如图为验证“机械能守恒定律”的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：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