【课件】验证机械能守恒定律 2022-2023学年高一物理同步精品备课（人教版2019必修第二册）.pptx
8.5实验 验证机械能守恒定律人 教 版（2 0 1 9）物 理（必 修 第 二 册）第八章 机械能守恒定律老师：授课时间：课堂导入1、什么叫机械能守恒？2、机械能守恒的条件是什么？3、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？4、质量为m的物体从O点自由下落，以地面为零参考面，经过A、B两点的速度分别为VA和VB，A、B两点距地面的高度分别为hA、hB。如何推导机械能守恒的表达式？5、我们可以通过什么样的实验来验证这一定律呢？实验目的：验证机械能守恒定律一、实验思路1.自由下落的物体只受到自由下落的物体只受到重力重力作用，满足机械能守恒的条件。作用，满足机械能守恒的条件。2.物物体体沿沿光光滑滑斜斜面面下下滑滑时时，虽虽然然受受到到重重力力和和斜斜面面的的支支持持力力，但但支支持持力力与与物物体体位位移移方方向向垂垂直直(如如图图)，对对物物体体不不做做功功，这这种种情情况况也也满满足足机机械械能能守守恒恒的的条件。条件。3.用用细细线线悬悬挂挂的的小小球球摆摆动动时时，细细线线的的拉拉力力与与小小球球的的运运动动方方向向垂垂直直，对对小小球球不不做做功功。如如果果忽忽略略空空气气阻阻力力，这这个个过过程程中中只只有有重重力做功，也满足机械能守恒的条件。力做功，也满足机械能守恒的条件。二、测量物理量 需要测量三个物理量：物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度。注意：如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量；如果只是验证机械能守恒定律可以不测物体的质量。三、实验方案设计及其数据处理问题：你觉得我们要按照什么样的思路设计实验验证，我们如何设计实验方案。方案一：自由落体方案二：光滑斜面方案三：系统守恒.三、实验方案设计及其数据处理【方案一】研究自由下落物体的机械能打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等夹子纸带重物？实验器材测量物理量根据重力势能和动能的定义，很自然想到，需要测量物体的质量、物体所处位置的高度以及物体运动的速度这三个物理量.三、实验方案设计及其数据处理本实验要不要测量物体的质量？mgh=mv212gh=v212无需测量物体的质量如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。三、实验方案设计及其数据处理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）。gh=v 21212x=gt2=9.80.022m210-3m=2mm12h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。三、实验方案设计及其数据处理可以回避起始点吗（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：mgh=hAB三、实验方案设计及其数据处理第1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。第2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。问题：计算物体的速度，可有三种方法，哪种方法不合适？为什么？三、实验方案设计及其数据处理测量点n123456高度hn/m速度vn/(m/s)势能Ep /J动能Ek /J数数据据记记录录三、实验方案设计及其数据处理1.求瞬时速度2.守恒验证方法一:利用起始点。三、实验方案设计及其数据处理数据处理三、实验方案设计及其数据处理数据处理三、实验方案设计及其数据处理三、实验方案设计及其数据处理误差分析1本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量Ek稍小于重力势能的减少量Ep，即Ekm1,将m2由静止，系统重力势能的减少量等于动能的增加量。三、实验方案设计及其数据处理其他创新设计如图，悬挂在O点的小球摆到最低点时恰好与桌面接触但没有弹力，D处(箭头所指处)放一锋利的刀片，细线到达竖直位置时能被割断，小球做平抛运动落到地面，P是一刻度尺。该方案只需利用刻度尺测量A位置到桌面的高度H、桌面到地面的高度h及小球平抛运动的水平位移x即可验证机械能守恒。三、实验方案设计及其数据处理其他创新设计请尝试说出以下装置如何验证机械能守恒？课堂小结课堂练习1.(实验器材)在做验证机械能守恒定律的实验时,以下说法正确的是()A.选用重锤时,密度大体积小的比密度小体积大的好B.选用重锤时,密度小体积大的比密度大体积小的好C.选用的重锤一定要测其质量D.重锤的质量大小与实验准确性无关答案:A解析:验证机械能守恒定律实验中,由于重物要克服空气阻力做功,从而产生系统误差,选用密度大体积小的重锤能减小空气阻力的影响,从而减小误差,A正确,B、D错误。因验证量中都含有质量,可以消去,故不用测重锤的质量,C错误。课堂练习2.(实验步骤)某同学为验证机械能守恒定律制定了如下实验步骤:A.用天平称出重物的质量B.把纸带固定到重物上,并把纸带穿过打点计时器,提升到一定高度C.拆掉导线,整理仪器D.断开电源,换上新纸带,重做两次E.用停表测出重物下落的时间F.用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离,记录数据,并计算出结果,得出结论G.把打点计时器接到低压交变电源上H.接通电源,释放纸带I.把打点计时器接到低压直流电源上J.把打点计时器固定到桌边的铁架台上上述实验步骤中错误的是,可有可无的是,其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是。(均只需填步骤的代号)课堂练习答案:E,IAJGBHDCF解析:对于物理实验,掌握实验原理和操作方法是最基本的要求。只有掌握了实验原理,才能判断出实验步骤中哪些是错误的,哪些是必要的;只有亲自动手进行认真的操作,才能正确地对实验步骤按序排列。上述实验步骤中错误的是E和I,因为实验中不用测定时间,打点计时器应使用低压交流电源。可有可无的实验步骤是A。其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是JGBHDCF。课堂练习3.(数据处理)某次验证机械能守恒定律的实验中,用8V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带,如图所示,O点为重锤下落的起点,选取的计数点为A、B、C、D,各计数点到O点的长度已在图上标出,单位为毫米,重力加速度取9.8m/s2,重锤质量为1kg。(1)打点计时器打出B点时,重锤下落的速度vB=m/s,重锤的动能EkB=J。课堂练习(2)从开始下落算起,打点计时器打B点时,重锤的重力势能减小量为J。(3)根据纸带提供的数据,在误差允许的范围内,重锤从静止开始到打出B点的过程中,得到的结论是。答案:(1)1.170.68(2)0.69(3)机械能守恒课堂练习解析:(1)重锤下落的速度(2)打点计时器打B点时,重锤的重力势能减少量Ep减=mghOB=19.870.510-3J=0.69J。(3)由(1)、(2)计算结果可知,重锤下落过程中,在实验允许的误差范围内,动能的增加量等于其重力势能的减少量,机械能守恒。课堂练习4.(实验方案)验证机械能守恒定律的实验可以采用如图所示的甲或乙方案来进行。课堂练习(1)比较这两种方案,(选填“甲”或“乙”)方案好些。(2)图丙是某种方案得到的一条纸带,测得每两个计数点间距离如图所示,已知每两个计数点之间的时间间隔T=0.1s,物体运动的加速度a=m/s2(结果保留三位有效数字);该纸带是采用(选填“甲”或“乙”)实验方案得到的。课堂练习D.vN=g(n-1)T答案:(1)甲(2)4.83乙(3)BC(3)图丁是采用甲方案时得到的一条纸带,在计算图中N点速度时,几位同学分别用下列不同的方法进行,其中正确的是()A.vN=gnT课堂练习解析:(1)比较甲、乙两种方案,乙方案中产生的阻力对实验的影响大于甲方案,因此甲方案好些。(2)由题意得a=4.83 m/s2,所以该纸带是采用乙实验方案得到的。(3)计算N点速度应利用实验得到的纸带,经测量计算得出,所以应选B、C。
