粤教版物理高中必修第二册课件4.6 实验 验证机械能守恒定律

第六节实验：验证机械能守恒定律 1.结合验证机械能守恒定律的实验，对重物自由下落过程中机械能守恒的现象有个初步的认识，深化对能量观念的认识。2.理解实验设计思路，能规范地进行实验操作，通过实验收集的数据分析得出结论，掌握设计的实验程序，实现对科学研究能力的培养。3.体会实验设计方案中的实验原理分析、实验数据处理的等其中的科学思维、抽象概括等方面的核心素养要素。4.通过对重物自由下落过程中运动的观察与思考、收集实验数据、严谨认真地分析、实事求是的态度，最终发现重物下落过程中机械能变化的规律，从而实现科学本质和科学态度等物理核心素养的培养。学习目标 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？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两点的速度分别为和，A、B两点距地面的高度分别为。4、如何推导机械能守恒的表达式？复习回顾 实验目的验证机械能守恒定律借助自由落体运动 实验原理2A2B2121mvmvmgΔh-=要证明上式是否成立，需要测量哪些物理量？如何测量这些物理量？ 实验器材重物、打点计时器、纸带、交流电源、铁架台、夹子、天平、毫米刻度尺 实验操作1、选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。2、安装打点计时器时，应注意什么问题？计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。3、这样做的目的是什么?减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差；保证重物有足够的下落空间，以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算． 4、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？先通电源，再释放纸带5、释放纸带时应注意什么问题？释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。 ①用天平测量重物的质量②按照如图所示装置安装打点计时器③将纸带穿过计时器，下端与重物相连④接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带⑤及时切断电源，取下纸带，标上纸带号⑥更换纸带，重复以上步骤⑦整理器材，使器材复位实验步骤 讨论：如何选取纸带上的两点作为我们研究过程的起点和终点？数据处理71131.我们可以选取7、13两点，比较它们的机械能E7和E13,以点13为0势能参考点，则有：2.计时器打下的第一个点作为起始点，适当大距离后选一个点作终点，验证:=注意：必须保证纸带上的第一个点迹清晰，且是放手时打下的第一个点。 1234通过本实验，我们可以得到的结论是：数据处理 图象法处理数据0hv212gh=v212该图象的斜率表示什么？为什么图象通过原点？ 误差分析因重物下落中要克服阻力做功，实验的动能增加量必定稍小于重力势能减少量 例：如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。（1）对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是。A.重物选用质量和密度较大的金属锤B.两限位孔在同一竖直面内上下对正C.精确测量出重物的质量D.用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物（2）某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图4-6-2所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有。A.OA、AD和EG的长度B.OC、BC和CD的长度C.BD、CF和EG的长度D.AC、BD和EG的长度【解析】（1）A对：为减小空气阻力的影响，重物应选质量和密度较大的金属锤。B对：两限位孔在同一竖直面内上下对正，可减小纸带与打点计时器间的摩擦力。C错：无需测质量。D错：做实验时，要先用手拉住纸带，不是用手托住重物。（2）要完成实验，需要知道重物下落的高度及两端点对应的速度值，速度的大小可以利用中间时刻的瞬时速度等于平均速度求解。在给出的四种选项中，选项B中可以取OC段研究，选项C中可以取CF段研究，另外两选项不能完成实验，故选BC。ABBC ◆实验操作与注意事项（1）安装打点计时器时要使打点计时器的两限位孔在同一竖直平面内，手提纸带上端使纸带沿竖直方向，以减小纸带与限位孔间的摩擦。（2）重物应选用质量和密度较大、体积较小的物体，以减小空气阻力的影响。（3）释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打出较多的点。（4）应先接通电源，再松开纸带让重物下落。（5）选用点迹清晰的纸带进行测量。 例：如图甲所示，用落体法验证机械能守恒定律，打出如图乙所示的一条纸带。已知打点计时器频率为50Hz。（1）根据纸带所给数据，打下B点时重物的速度为m/s。（结果保留三位有效数字）（2）某位同学选用两个形状相同、质量不同的重物a和b分别进行实验，测得几组数据后，画出-h图像，并求出图线的斜率k1和k2，如图丙所示，由图像可知a的质量（选填“大于”“小于”或“等于”）b的质量。（3）通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量m2=0.055kg，当地重力加速度g=9.78m/s2，求出重物所受的平均阻力f=N。【解析】（1）根据在匀变速直线运动中，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的速度为vB==m/s≈2.07m/s。（2）根据动能定理得（mg-f）h=，则=知图线的斜率为k=g-b的斜率小，知b的质量小，所以a的质量m1大于b的质量m2。（3）根据动能定理知（m2g-f）h=可得=，则有k2=g-=9.18，代入数据解得f=0.033N。甲乙丙0.0332.07大于 例：某同学用如图所示的实验装置验证m1和m2组成的系统机械能守恒，已知m2>m1，m2由静止释放，m1拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打出一系列点，通过对纸带上的点的测量分析，即可验证机械能守恒定律，已知，，某次实验打出的纸带如图4-6-8所示，O是打下的第一个点，然后每隔4个点取一个计数点，分别标记为A、B、C、D、E、F，分别测出各计数点到O点距离，其中C、D、E到O点的距离已经标出，已知打点计时器所使用交流电电压为220V、频率为50Hz，g取。（1）下列操作或要求能够提高实验结果的准确性有；A.细绳的质量要轻B.m2要远远大于m1C.定滑轮质量要轻D.保证重物在下落时不要摇晃（2）纸带上打下D点时的速度为m/s（结果保留三位有效数字）；（3）从打下O点到打下D点的过程中，经过分析计算m1的机械能增加了ΔE1=0.353J，m2的机械能（选填“增加”或“减少”）了ΔE2=0.371J；（4）在误差允许的范围内，ΔE1和ΔE2近似相等，从而验证了系统的机械能守恒，由上述计算结果表明m1和m2组成的系统机械能有所损失，损失的机械能除因摩擦转化为内能外，还转化为（具体到物体和能量，写出其中一条即可）。滑轮的动能ACD1.60减少 【解析】（1）A对：本实验的原理为系统减小的重力势能转化为系统的动能，细绳的质量越轻，误差越小。B错：根据实验原理可知，本实验不能使m2远远大于m1。C对：由实验原理可知，重力势能转化为系统的动能，定滑轮越轻，定滑轮的动能越小，误差越小。D对：物体晃动会增加纸带与打点计时器间的摩擦，增大误差。（2）某一点的速度大小可以利用平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解，即vD==m/s≈1.60m/s。（3）由机械能守恒可知，m1的机械能增加，则m2的机械能减少。（4）由能量守恒可知，m1和m2组成的系统机械能有所损失，损失的机械能除因摩擦转化为内能外，还有滑轮的动能。 谢谢！