2020高中物理第七章机械能守恒定律第9节实验：验证机械能守恒定律课件 人教版必修2 33页

第七章 机械能守恒定律 第九节　实验：验证机械能守恒定律 素养目标定位 ※ 会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度 ※※ 掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法 素养思维脉络 课前预习反馈 验证机械能守恒定律。 知识点 1 实验目的 在只有 ________ 作用的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总机械能 ________ 。 若物体由静止下落高度 h 时，其瞬时速度为 v ，则重力势能的减小量为 __ ___ __ ，动能的增加量为 __ __ __ __ ，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。 知识点 2 实验原理 重力　 守恒　 mgh 　 铁架台 ( 带铁夹 ) ，打点计时器，重锤 ( 带纸带夹子 ) ，纸带数条，复写纸片，导线，毫米刻度尺。除了上述器材外，还必须有 ____________( 交流 4 ～ 6 V) 。 注意：重锤应选体积 ________ 、质量 ________ 者，以减少空气阻力的影响。又因无需测其质量，所以本实验不用 ________ 。 知识点 3 实验器材 学生电源　 较小　 较大　 天平　 课内互动探究 一、实验步骤 1 ．按图 ( 甲 ) 装置竖直架稳打点计时器，并用导线将打点计时器接在 4 ～ 6 V 交流电源上。 2 ．将长约 1 m 的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打点计时器，用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方。 3 ．接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点。 4 ．换几条纸带，重复上面的实验。 5 ．在取下的纸带中挑选第一、二两点间距离接近 2 mm 且点迹清晰的纸带进行测量。先记下第一点 0 的位置，再任意取五个点 1,2,3,4,5 ，用刻度尺测出距 0 点的相应距离，如图 ( 乙 ) 所示。 6 ．计算出各点对应的瞬时速度 v 1 ， v 2 ， v 3 …… 。 7 ．计算各点对应的势能减少量 mgh n 并和动能增加量 m v /2 进行比较。 三、注意事项 1 ．应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要尽量减少各种阻力，采取的措施有： (1) 铁架台应竖直安装，可使纸带所受阻力减小。 (2) 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，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小。 2 ．应先接通电源让打点计时器开始打点，再放开纸带让重锤下落。 四、误差分析 1 ．测量长度时会存在偶然误差，所以测长度时要多测几次，取平均值即可减小此误差。 2 ．由于本实验中有纸带与限位孔间的摩擦力 ( 主要因素 ) 和空气阻力 ( 次要因素 ) 的影响，这是系统误差，它使增加的动能小于减小的重力势能，要减小影响，采用增加重锤质量的办法，因为当重锤的重力远大于阻力时，可忽略阻力的影响。 3 ．为了减小相对误差，选取的计数点最好离第一个点远一些。 4 ．若第一、第二两点间的距离小于 2 mm ，则这两点间的时间间隔不到 0.02 s 或阻力过大。 　　　 　 “ 验证机械能守恒定律 ” 的实验装置如图所示采用重物自由下落的方法： (1) 实验中，下面哪种测量工具是必需的 _____ 。 A ．天平　　 B ．直流电源 C ．刻度尺 D ．秒表 典例 1 考点一　实验原理及操作步骤　 C 　 乙　 1.92 　 (3) 实验中，发现重物减少的势能总是大于重物增加的动能，造成这种现象的主要原因是 ______________________________________________ 。 解题指导： 做实验，要理解其目的、原理、器材及其思路，才能很好地分析处理实验的有关问题。 克服空气对重物和打点计时器对纸带的阻力做功　 〔 对点训练 1〕 　在验证机械能守恒定律的实验中，有同学按以下步骤进行实验操作： A ．用天平称出重物和夹子的质量。 B ．固定好打点计时器，将连着重物的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器。 C ．松开纸带，接通电源，开始打点。并如此重复多次，以得到几条打点纸带。 D ．取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点 O ，在距离 O 点较近处选择连续几个计数点 ( 或计时点 ) ，并计算出各点的速度值。 在以上步骤中，不必要的步骤是 _____ ；有错误或不妥的步骤是 ________ ( 填写代表字母 ) ；更正情况是① ________________________________________ ，② _______________________________________________________ ， ③ ___________ _ ____________________ _ ____________ ， ④ _______ ___ __ __ __ __ ________ __ __ __ _ __ ____ 。 A 　 BCDF 　 B 中“让手尽量靠近”改为“让重物尽量靠近”　 C 中“松开纸带，接通电源”改为“接通电源，松开纸带”　 D 中“距离 O 点较近处”改为“距离 O 点较远处”　 解析： 因本实验是通过比较重力势能的减少量是否等于动能的增加量来验证机械能守恒的，不需要知道动能的具体数值，因而不需要测出重物和夹子的质量，故步骤 A 是多余的。 有错误或不妥的步骤是 B 、 C 、 D 、 F 。原因和更正办法分别是 B 中 “ 让手尽量靠近 ” 应改为 “ 让重物尽量靠近打点计时器 ” ，因打点计时器开始工作应从与重物靠近的纸带开始打点，不致留下过长的空白纸带，纸带也不宜过长，约 40 cm 即可。 C 中应先接通电源，后松开纸带。因为只有当打点计时器工作正常后再让重物下落，才可保证打第一个点时重物的初速度为零或近似为零，并且使纸带上的第一个点是清晰的小点。 　　　 　 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，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是 cm 。打点计时器工作频率为 50 Hz ，重力加速度 g 取 9.8 m/s 2 。 典例 2 考点二　实验数据处理 (1) 重物在 2 点的速度 v 2 ＝ ___________ ，在 5 点的速度 v 5 ＝ ______________ ，此过程中动能增加量 Δ E k ＝ __________ ，重力势能减少量 Δ E p ＝ ___________ 。由以上可得出实验结论 __________________________________ 。 (2) 根据实验判断下列图中正确的图像是 ( 其中 Δ E k 表示物体动能的变化量， Δ h 表示物体下落的高度 ) ( 　　 ) 1.50 m/s 　 2.075 m/s 　 1.03 m J 　 1.06 m J 　 在误差允许的范围内，机械能守恒　 C 　 2.4 　 0.58 　 0.60 　 在误差允许的范围内， m 1 、 m 2 组成的　 系统机械能守恒　 9.7