高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律课堂教学ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律课堂教学ppt课件，共56页。
【实验目的】学会用打点计时器验证机械能守恒定律的实验方法和技能。
【实验器材】铁架台(含铁夹),打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,导线,毫米刻度尺,重物(纸带夹)。
【实验原理与设计】1.实验的基本思想——验证性实验:验证在自由落体运动中,物体下落过程减少的重力势能和增加的动能相等。实验原理:
(1)在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重力势能和动能互相转化,但总的机械能保持不变。若物体某时刻瞬时速度为v,下落高度为h,则重力势能的减少量为mgh,动能的增加量为 mv2,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。
(2)计算打第n个点速度的方法:测出第n个点与相邻前后点间的距离xn和xn+1,由公式vn= 或vn= 算出,如图所示:
2.实验设计——两个物理量的测量方法:(1)高度h的测量用刻度尺测量物体下落过程的高度h。
(2)速度v的测量利用匀变速直线运动中某段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度,来求某点的瞬时速度。
【实验过程】一、实验步骤1.安装置:按图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。
2.打纸带:将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,用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3～5次实验。
3.选纸带:(1)用 =mghn验证时,应选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。若1、2两点间的距离大于2 mm,这是由于先释放纸带、后接通电源造成的。这样纸带上的第1个点就不是运动的起始点了,这样的纸带不能选。
(2)用 =mgΔh验证时,由于重力势能的相对性,处理纸带时,选择适当的点为基准点,这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了,所以只要后面的点迹清晰就可选用。
【思考·讨论】(1)实验过程中应注意哪几个方面的操作安全问题? (科学态度与责任)提示:安装打点计时器时要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力。
(2)使用打点计时器应注意什么?提示:先接通电源,让打点计时器正常工作后,再松开纸带让重物下落。
二、数据收集与分析1.求瞬时速度:由公式vn= 可以计算出重物下落h1、h2、h3…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3…
2.验证守恒:方法一:利用起始点和第n点计算,代入ghn和 ,如果在实验误差允许的范围内有:ghn= ,则说明机械能守恒定律是正确的。
方法二:任取两点A、B,测出hAB,算出ghAB和 的值,如果在实验误差允许的范围内有:ghAB= 则说明机械能守恒定律是正确的。
方法三:图像法,从纸带上选取多个点,测量从第一点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的平方v2,然后以 v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出 v2-h图线。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线,则验证了机械能守恒。
【思考·讨论】(1)实验完毕如何选取纸带?(科学思维)提示:应选用长度60 cm左右、点迹清晰的纸带进行测量。
(2)测量速度时能否用公式vt=gt计算?为什么?提示:不能。因为这成了用机械能守恒定律验证机械能守恒。
【误差分析】1.系统误差:本实验中因重锤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ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp,即ΔEk