8.5实验：验证机械能守恒定律 课件 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册练习题

第八章 机械能守恒定律8.5实验：验证机械能守恒定律思考：机械能守恒的条件是什么？它有哪些表达形式？1.条件：仅有重力或弹力做功。2.表达式：（1）守恒的角度：E1=E2（2）转化的角度： △Ek增= △ EP减一、知识回顾钩码拉动滑块的运动举例：验证可采用的形式自由落体运动小球的摆动、平抛本实验要不要测量物体的质量？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。1（二）实验依据：（一）实验目的：验证机械能守恒定律二、新课教学（三）速度的测量： 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vt＝ 计算打第n个点瞬时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn＋1，由公式vn＝ 或vn＝ 算出。 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。铁架台重物夹子纸带复写纸打点计时器（四）实验器材4、选择合适的纸带，处理数据。3、更换纸带，重复几次。1、将打点计时器固定在铁架台上，把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。2、用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近。然后先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。（五）实验步骤（六）实验演示 5.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h1、h2、h3、……记入表格中。 1、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？（七）数据处理该图象的斜率表示什么？为什么图象过原点？结论：在误差允许的范围内，图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。2、图象法处理数据（八）误差分析1．重物和纸带在下落过程中，空气阻力、打点计时器阻力做功，故动能的增加量ΔEk 稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差．措施调整器材的安装，尽可能地减小阻力．2．另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．措施测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值．3．打点计时器产生的误差(1)由于交流电频率的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差；(2)计数点选择不好，振动片振动不均匀，纸带放置不正确都会造成实验误差．1 1.实验中安装打点计时器时，限位孔必须在同一竖直直线上，以减少摩擦阻力，计时器离地面的高度约1m，实验用的纸带60 cm即可。 2.实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常以后，才能松开纸带，让重物落下。 3.纸带上端要用手提着静止，这样保证下落的速度v为0。并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点。 4.测量下落高度时，都必须从起点算起，不能搞错，为了减小测量h值的误差，选取的各计数点要离起始点远些。（九）注意事项 5.实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力（注意是打点计时 器的阻力）做功，所以动能的增加量ΔEk一定小于重力势能的减少量ΔEp。 6.铁架台上固定打点计时器的夹子不可伸出太长，以防铁架台翻到。 7.因 ΔEk = ΔEp ，两边均有质量m，故不测量m也可以验证机械能守恒。三、实验改进 利用气垫导轨验证机械能守恒定律，物体沿斜面下滑通过某一位置时的速度可以用光电计时器测出来，能消除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系统误差．物体沿倾斜导轨下滑，下落过程中经过两光电门，两光电门的高度，用刻度尺测量，则减少的重力势能为mgh；用光电门处测量滑块的瞬时速度，质量用天平测出.1、实验装置12、实验演示 利用气垫导轨验证机械能守恒定律。实验装示意图如图1所示：（1）实验步骤：①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平。②用游标卡尺测量挡光条的宽度L，结果如图所示，由此读出L= mm。③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x④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，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2⑤从数字计时器（图中未画出）上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间△t1和△t2 ⑥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m（2）用表示直接测量量的字写出下列所求物理量的表达式：①当滑块通过光电门1和光电门2时，系统（包括滑块、挡光条、托盘和码）的总动能分别为Ek1= 和Ek2=__________②如果表达式 成立，则可认为验证了机械能守恒定律。1.在自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，甲、乙两条实验纸带，应选_______________纸带为好（图）甲四、应用举例2.在验证机械能守恒定律的实验中，质量为m＝1.00 kg的重锤拖着纸带下落，在此过程中，打点计时器在纸带上打出一系列的点，在纸带上选取五个连续的点A、B、C、D和E，如图所示．其中O为重锤开始下落时记录的点，各点到O点的距离分别是31.4 mm、49.0 mm、70.5 mm、95.9 mm、124.8 mm.当地重力加速度g＝9.8 m/s2.本实验所用电源的频率f＝50 Hz.(结果保留三位有效数字)(1)打点计时器打下点B时，重锤下落的速度vB＝_______m/s，打点计时器打下点D时，重锤下落的速度vD＝________ m/s.(2)从打 下点B到打下点D的过程中，重锤重力势能减小量ΔEp＝_______ J，重锤动能增加量为ΔEk＝________J。0.9781.360.4600.447