高一物理人教版2019必修第二册同步课件8.5实验：验证机械能守恒定律

8.5实验：验证机械能守恒定律第八章机械能守恒定律学习目标基本要求1．理解验证定律的思路，明确需要测量的物理量。2．能控制实验条件，正确地进行实验操作。3．会根据纸带测定下落的距离，掌握测量瞬时速度的方法。4．能根据实验数据得出实验结论发展要求1．会推导匀变速直线运动中“中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度”。2．知道测量点的选取条件。3．能对实验的误差原因作定性分析，并采取措施减小误差。说明不要求定量分析实验误差。实验思路机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。有哪些物理情景满足机械能守恒的条件？自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件。实际生活中，以下运动真的机械能守恒吗？如何减小这种影响？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，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。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。……实验思路自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件。此方案实际操作会有什么问题？如何减少影响？重锤：研究对象要求：质量尽可能大，体积尽可能小实验思路此方案实际操作会有什么问题？如何减少影响？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，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。气垫导轨上有很多小孔，空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间有一层薄薄的空气层，滑块运动时受到的阻力很小.实验思路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。此方案实际操作会有什么问题？如何减少影响？研究对象要求：小球质量尽可能大，体积尽可能小，细线形变小物理量的测量机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。质量的测量：？各物理量如何测量？高度的测量：？速度的测量：？方案一：研究自由下落物体的机械能物理量的测量：质量→托盘天平下落高度差→纸带上两点的距离速度→打点计时器实验思路：比较重物在某两点间动能的变化与重力势能的变化，验证机械能是否守恒实验注意事项：1.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？2.重物下落时，最好选择哪两个位置作为过程的开始和结束的位置？质量一定要测量吗？如何确定纸带上的第一个点？纸带上的第一个点为计时起点0（起始点的速度应该为零，即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚开始下落）。h起始点对于实际获得的纸带，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？纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）?我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能EA和EB。若以点B为0势能点，则有：EKA＋mgΔh＝EKBΔhAB如何测量物体的瞬时速度?x

=

vA(2t)

+

a(2t)212—vAC==

vA

+

atx2t—vB=

vA

+

atvB=vACv0tvAt2tvBvC做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。如何测量物体的瞬时速度?速度能不能用v=

2gh或v=

gt计算？这种方法是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用。这种方法认为加速度为g，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于g，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是减少的，故这种方法也不能用。实验步骤把打点计时器安装在铁架台上，用导线将学生电源和打点计时器接好．把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近．接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应该在纸带上打出一系列的点．重复上一步的过程，打三到五条纸带．选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高度h1、h2、h3，……记人表格中．实验步骤用公式vn=hn+1+hn-1/2t，计算出各点的瞬时速度v1、v2、v3……并记录在表格中．计算各点的重力势能的减少量mgh。和动能的增加量，并进行比较．看是否相等，将数值填人表格内．测量点n123456高度hn

/m速度vn

/m/s势能EP

/J动能EK/J实验步骤用公式vn=hn+1+hn-1/2t，计算出各点的瞬时速度v1、v2、v3……并记录在表格中．计算各点的重力势能的减少量mgh。和动能的增加量，并进行比较．看是否相等，将数值填人表格内．测量点n123456高度hn

/m速度vn

/m/s势能EP

/J动能EK/J可以不测量质量吗？0hv

212gh

=v

212该图象的斜率表示什么？为什么图象通过原点？图像法处理数据小试牛刀如图所示为“验证机械能守恒定律”实验的装置图．实验中，为减小空气阻力对实验的影响，下列操作可行的是（）A.选用密度大、体积小的重物 B.打点计时器两限位孔在同一竖直线上C.释放前手应提纸带上端并使纸带竖直 D.重物下落过程中手始终提住纸带的上端A某同学用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。(1)对于本实验操作的说法正确的是______。A.打点计时器的两个限位孔应在同一条竖直线上B.应用秒表测出重物下落的时间C.重物的密度和质量选用的大些，有利于减小误差D.重物的密度和质量选用的小些，有利于减小误差小试牛刀AC某同学用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。(2)若实验中所用重物的质量m=1kg.某同学选取了一条前两个点间距接近2mm的纸带，O是打下的第一个点，打点时间间隔为0.02s，则在纸带上打下点3时的速度v=______m/s，此时重物的动能Ek=______J，从打下点0到至打下点3的过程中重物的重力势能减少量△Ep=______J由此可得出的结论是__________________________________________________(g取9.8m/s2，结果均保留三位有效数字)小试牛刀3.255.285.44在误差允许的范围内，重物下落的机械能守恒动能增加和重力势能减小哪个大？为什么？方案二：研究沿斜面下滑物体的机械能物理量的测量：质量→托盘天平下落高度差→滑块下降高度速度→光电门实验思路：滑块在倾斜的气垫导轨上下滑(由于空气层，阻力很小)过程，验证机械能是否守恒。小试牛刀某同学利用水平放置的气垫导轨和光电门“验证机械能守恒定律”，装置如图所示。已知滑块的质量为M，钩码的质量为m，重力加速度大小为g.测得遮光条的宽度为d，光电门A、B之间的距离为l，滑块通过光电门A、B的时间分别为t1、t2.(1)滑块通过光电门A时的速度大小vA=__________