7[1]9　实验：验证机械能守恒定律课件（人教版必修2）.ppt

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1、第九节实验：验证机械能守恒定律第九节实验：验证机械能守恒定律课标定位课标定位学学习习目目标标：1.掌握利用自由落体运掌握利用自由落体运动验证动验证机机械能守恒定律械能守恒定律2知道知道实验实验的原理、方法和的原理、方法和过过程程3会会处处理理实验实验数据，并能数据，并能对实验结对实验结果果进进行行讨讨论论及及误误差分析差分析重点重点难难点：点：实验实验条件的控制及数据条件的控制及数据处处理理一、一、实验实验原理原理1机械能守恒定律机械能守恒定律(1)当只有重力做功当只有重力做功时时，物体的，物体的动动能和重力能和重力势势能能发发生相互生相互转转化，但机械能的化，但机械能的总总量保持不量保持不变

2、变(2)做自由落体运做自由落体运动动的物体，只受重力作用，的物体，只受重力作用，其机械能是守恒的其机械能是守恒的2实验原理实验原理(1)如图如图791所示，借助打点计时器打出所示，借助打点计时器打出的纸带，测出物体自由下落的高度的纸带，测出物体自由下落的高度h和该时和该时刻的速度刻的速度v，以纸带上的第，以纸带上的第n个点为例，个点为例，图图791二、实验器材二、实验器材铁架台铁架台(带铁夹带铁夹)，打点计时器，重物，打点计时器，重物(带纸带带纸带夹子夹子)，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，学生电源学生电源三、探究步骤三、探究步骤1安装置：将打点计时器固定在铁架

3、台上；安装置：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，打下带，让重物自由下落重复几次，打下35条纸带条纸带3选纸带：选取点迹较为清晰的，挑选纸选纸带：选取点迹较为清晰的，挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点

4、，并带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上依次标上0,1,2,3.核心要点突破核心要点突破其中，第其中，第1种方法是根据机械能守恒定律种方法是根据机械能守恒定律mgh1/2mv2得到的，而我们的目的是验证得到的，而我们的目的是验证机械能守恒定律，显然不能用机械能守恒定律，显然不能用第第2种方法认为加速度为种方法认为加速度为g，由于各种摩擦阻，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际下落加速度必将小于力不可避免，所以实际下落加速度必将小于g，而下落高度，而下落高度h是直接测量的，这样将得到是直接测量的，这样将得到机械能增加的结论，故这种方法也不能用机械能增加的结论，故这种方法也不能用实验时必须

5、保持提起的纸带竖直，手不动，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，以保证第一点是一个清晰的点开纸带，以保证第一点是一个清晰的点测量高度测量高度h时，应从起始点算起为减小时，应从起始点算起为减小h的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可在纸带也不宜过长，有效长度可在60 cm80 cm.三、注意事项三、注意事项1安装打点计时器时，必须使两个限位孔安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力的中线严格竖直，以减小摩擦阻力2应选用质

6、量和密度较大的重物，增大重应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小减小体积，可使空气阻力减小3实验时，应先接通电源，让打点计时器实验时，应先接通电源，让打点计时器工作正常后再松开纸带让重物下落工作正常后再松开纸带让重物下落2系统误差：实验过程中要克服阻力系统误差：实验过程中要克服阻力(主要主要是打点计时器的阻力是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加做功，故动能的增加量量Ek必定稍小于势能的减少量必定稍小于势能的减少量Ep.再者，再者，交流电的频率交流电的频率f不是不是50 Hz也会带来系统误差也会带

7、来系统误差若若f50 Hz，由于速度值仍按频率为，由于速度值仍按频率为50 Hz计算，频率的计算值比实际值偏小，周期计算，频率的计算值比实际值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，使小，使EkEp的误差进一步加大；根据同样的误差进一步加大；根据同样的道理，若的道理，若f50 Hz，则可能出现，则可能出现EkEp的的结果结果如图如图793为验证机械能守恒定律的实验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、台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平回

8、答下列问题：天平回答下列问题：例例1图图793(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有材有_(填入正确选项前的字母填入正确选项前的字母)A米尺米尺B秒表秒表C012 V的直流电源的直流电源D012 V的交流电源的交流电源(2)实验中误差产生的原因有实验中误差产生的原因有_(写出两个写出两个原因原因)(1)用用A项项米米尺尺测测量量长长度度，用用D项项交交流流电电源源供供打打点点计计时时器器使使用用(2)纸纸带带与与打打点点计计时时器器之之间间有有摩摩擦擦；用用米米尺尺测测量量纸纸带带上上点点的的位位置置时时读读数数有有误误差差；计计算算势势能能

9、变变化化时时选选取取的的始始末末两两点点距距离离过过近；交流电频率不稳定近；交流电频率不稳定【答案答案】(1)A、D(2)纸带与打点计时器之纸带与打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取的两点距离过有误差；计算势能变化时，选取的两点距离过近；交流电频率不稳定近；交流电频率不稳定(选取两个原因即可选取两个原因即可)某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带一部分损坏，损坏的是将一条挑选出的纸带一部分损坏，损坏的是前端部分剩下的一段纸带上各相邻点间的前端部分剩下的一段

10、纸带上各相邻点间的距离已测出标在图距离已测出标在图794中，单位是中，单位是cm.已已知打点计时器工作频率为知打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速，重力加速度度g取取9.8 m/s2.例例2图图794(1)重物在重物在2点的速度点的速度v2_，在，在5点的速度点的速度v5_，此过程中动能增加量，此过程中动能增加量Ek_，重力势能减少量重力势能减少量Ep_.(2)比较得比较得Ek_Ep(填填“大于大于”“等于等于”“小于小于”)，原因是，原因是_由以上可得出实验由以上可得出实验结论结论_(3)根据实验判断下列图象正确的是根据实验判断下列图象正确的是(其中其中Ek表示物体动能的变化，表示物体动

11、能的变化，h表示物体下落的高表示物体下落的高度度)()图图795【思路点拨思路点拨】求某一点的速度时应根据中求某一点的速度时应根据中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度，间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度，可求出在打第可求出在打第2个点和打第个点和打第5个点时重物的瞬个点时重物的瞬时速度在运动过程中，存在空气阻力和纸时速度在运动过程中，存在空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦阻力，因此物体在带与打点计时器间的摩擦阻力，因此物体在下落过程中减少的重力势能并不等于增加的下落过程中减少的重力势能并不等于增加的动能动能(2)显然显然EkEp，原因是实验中重锤要，原因是实验中重锤要克服克服阻力做功阻力做

12、功由以上可得出实验结论为：在误由以上可得出实验结论为：在误差允许的范围内，机械能守恒差允许的范围内，机械能守恒(3)物体机械能守恒，应有物体减少的重力势物体机械能守恒，应有物体减少的重力势能转化为增加的动能，即能转化为增加的动能，即Ekmgh，可见，可见物体增加的动能与下落的距离成正比，选项物体增加的动能与下落的距离成正比，选项C正确正确【答答案案】(1)1.50 m/s2.075 m/s1.03m J1.06m J(2)小小于于实实验验中中重重锤锤要要克克服服阻阻力力做做功功在在误差允许的范围内，机械能守恒误差允许的范围内，机械能守恒(3)C【易误警示易误警示】解答该题时千万不可认为既解答该

13、题时千万不可认为既然机械能是守恒的，就直接将动能的增加量然机械能是守恒的，就直接将动能的增加量等于重力势能的减少量因为该题是要求通等于重力势能的减少量因为该题是要求通过实验验证机械能守恒定律的，是否守恒要过实验验证机械能守恒定律的，是否守恒要通过实验数据的计算来说明通过实验数据的计算来说明利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意如图置示意如图796所示：所示：图图796例例3(1)实验步骤：实验步骤：将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平；，将导轨调至水平；用游标卡尺测量挡光条的宽度为用游标卡

14、尺测量挡光条的宽度为l9.30 mm.由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s_ cm将滑块移至光电门将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已能过光电门码落地前挡光条已能过光电门从数字计时器从数字计时器(图中未画出图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门上分别读出挡光条通过光电门1和光电门和光电门2所所用的时间用的时间t1和和t2；用天平称出滑块和挡光条的总质量用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量，再称出托盘和砝码的总质量m.(2)用表示直接测量量的字母写出下

15、列所示物理量的用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式；表达式；滑块通过光电门滑块通过光电门1和光电门和光电门2时瞬时速度分别为时瞬时速度分别为v1_和和v2_.当滑块通过光电门当滑块通过光电门1和光电门和光电门2时，系统时，系统(包括滑块、包括滑块、挡光条、托盘和砝码挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为的总动能分别为Ek1_和和Ek2_.在滑块从光电门在滑块从光电门1运动到光电门运动到光电门2的过程中，系统的过程中，系统势能的减少量势能的减少量Ep_(重力加速度为重力加速度为g)(3)如果如果Ep_，则可认为验证了机械能守，则可认为验证了机械能守恒定律恒定律【方方法法总总结结】气气垫垫导导轨轨与与滑滑块块之之间间靠靠空空气气接接触触，二二者者之之间间的的摩摩擦擦很很小小，可可以以忽忽略略不不计计，所所以以在在用用此此装装置置做做实实验验时时，没没有有必要再平衡摩擦力了必要再平衡摩擦力了