高中物理沪科版（2020）必修第二册第五节 机械能守恒定律优质ppt课件

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在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
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。
（1）守恒的角度：E1=E2
（2）转化的角度： △Ek增= △ EP减
（3）转移的角度： △EA增=△ EB减
（多选）右图中，固定的光滑竖直杆上套有一质量为m的圆环，圆环与水平放置轻质弹簧一端相连，弹簧另一端固定在墙壁上的A点，图中弹簧水平时恰好处于原长状态．现让圆环从图示位置（距地面高度为h）由静止沿杆滑下，滑到杆的底端B时速度恰好为零．则在圆环下滑至底端的过程中（ ）A．圆环所受合力做功为零B．弹簧弹力对圆环先做正功后做负功C．圆环到达B时弹簧弹性势能为mghD．弹性势能和重力势能之和先增大后减小
1.明确验证机械能守恒定律的基本思路并能进行相关量的测量.2.掌握三种验证机械能守恒定律的方法。3.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因．
一、实验思路机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此研究过程一定要满足这一条件。想一想，满足这一条件的过程有哪些？1.自由落体运动中动能与势能变化
自由落体运动中只有重力做功，满足机械能守恒的条件。
2.物体沿光滑斜面下滑中动能与势能变化
沿光滑斜面下滑的物体受重力和支持力，但支持力与物体位移方向垂直对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。
3.用细线悬挂的小球摆动中动能与势能变化细线的拉力与小球的运动方向垂直，对物体不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。
二、物理量的测量验证机械能守恒定律，涉及的物理量有动能和势能，所以需要测量物体的————、———————————————以及物体的————————这三个物理量。注意：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；如果只是验证机械能守恒定律可以不测物体的质量。
三、实验方案1：研究自由下落物体的机械能1.实验器材：铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源。
实验方案1：研究自由下落物体的机械能
(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：①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；②先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落；③关闭电源，取下纸带。更换纸带重复做3～5次实验。(3)选纸带：选取点迹清晰且第1、2两点间距接近2 mm的纸带。(4)测长度：用毫米刻度尺测出所选定的各计时点到基准点的距离。
(1)减小各种阻力的措施 安装时使打点计时器的限位孔与纸带处于同一竖直平面内；应选用质量和密度较大的重物。(2)因重物下落过程中要克服阻力做功，实验中动能增加量必定稍小于重力势能减少量，否则实验数据不准确。
五、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. 在做验证机械能守恒定律实验时，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(　　) A. 选用的重物质量过大 B. 空气对重物的阻力和打点计时器对纸带的阻力 C.选用的重物质量过小 D. 实验时操作不太仔细,实验数据测量不准确
2. 验证动量守恒定律的实验中，关于入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响，下列说法正确的是 (　　) A. 释放点越低,小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小 B. 释放点越低,两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确 C. 释放点越高，两球相碰时，相互作用的内力越大，碰撞前后动量之差越小,误差越小 D. 释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，轨道对小球的阻力越小 。
3. 验证机械能守恒定律可以采用研究自由落体运动的方法，也可以采用研究物体从斜面上自由下滑运动的方法，但后者误差较大，其原因是_________________。为了减小误差，提出如下措施： A.减小物体的质量 B.增大物体的质量 C.减小斜面的倾角 D.增大斜面的倾角 E.用小车代替滑块 F.给物体一定的初速度 合理的措施是：——————。
4.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。
5.用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验时除图中的器材外，以下器材中还必须使用的是（　　）A．秒表B．刻度尺C．长木板D．直流电源
借助沿斜面下滑物体验证机械能守恒定律
物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力与物体位移方向垂直，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件：
实验方案2：研究沿斜面下滑物体的机械能
三、实验器材:气垫导轨和数字计时器
实验操作中，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，重力势能减小，动能增大。测量滑块和挡光片的质量，用光电门测量滑块的瞬时速度。测量滑块下降的高度 Δh 和初、末速度 v1、v2，就可以验证机械能是否守恒。
1.如图是“验证机械能守恒定律”的装置，气垫导轨上安装了1、2两个光电门，滑块上固定一竖直遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连，细线与导轨平行。在调整气垫导轨水平时，滑块不挂钩码和细线，接通气源后，给滑块一个初速度，使它从轨道右端向左运动，发现滑块通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间。为使气垫导轨水平，可采取的措施是（　　）A．调节P使轨道左端升高一些B．调节P使轨道左端降低一些C．遮光条的宽度应适当大一些D．滑块的质量增大一些
2.如图，小球从左侧斜面上的O点由静止滚下，接着冲上平滑对接的右侧斜面，如果没有摩擦，小球能到达的最高位置是图中的（其中O、P两点等高）（    ）A．M点B．N点C．P点D．Q点
1.某实验小组利用甲图所示的实验装置验证机械能守恒定律。（g取 9.80 m/s）（1）关于本实验，下列说法正确的是（______）A．必须要称出重物的质量B．打点计时器应接直流电源C．应先接通电源，后释放重物D．需使用秒表测出重物下落的时间 （2）选出一条清晰的纸带如图乙所示，其中O 点为打点计时器打下的第一个点，某同学在实验过程中每隔一个点取一个计数点，图中A、B、C为三个计数点，打点计时器通以频率为 50 Hz的交变电流。用刻度尺测得 OA=12.48 cm，OB=19.50 cm，OC=28.08 cm，重物的质量为1.00kg，取重力加速度g=9.8m/s2。甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重物的重力势能比开始下落时减少了_______J；此时重物的动能比开始下落时增加了________J。（结果均保留三位有效数字）
2.某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置验证系统机械能守恒定律，当地的重力加速度g=9.80m/s2，操作步骤如下：①用天平测量物块a的质量m1和物块b的质量m2；②把打点计时器、定滑轮固定在铁架台上，跨过定滑轮的轻质细线连接物块a和物块b；③把固定在物块a上的纸带穿过打点计时器的限位孔，让物块a靠近打点计时器，先_________，再_________；④实验过程中打出的一条纸带如图乙所示；⑤更换物块重复实验。（1）请把步骤③补充完整；（2）所用交变电源的频率为50Hz，测得计数点O、A、B、C、D、E、F相邻两点间的距离分别为x1=6.00cm、x2=8.39cm、x3=10.81cm、x4=13.20cm、x5=15.59cm、x6=18.01cm，相邻两个计数点间还有4个点未画出，打下计数点A时物块a和物块b运动的速度大小vA=________m/s，打下计数点E时物块a和物块b运动的速度大小vE=________m/s；（结果均保留三位有效数字）（3）用天平测出物块a和物块b的质量分别为m1、m2（m13．利用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验。下列说法中正确的是（　　）A．实验中必须用天平测出重物的质量B．必须用秒表测出重物下落的时间C．应先释放纸带，后打开打点计时器电源D．释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直方向
3.D【详解】AB．实验中要验证的公式为
，所以不需要测出物体的质量，也不需要测出物体下落的时间，故AB错误；C．为了保持打点的稳定以及提高纸带的利用率，尽量多在纸带上打点，应先打开打点计时器电源，后释放纸带，故C错误；D．释放纸带前，手捏住纸带上端并使纸带处于竖直方向，使纸带运动时受到的摩擦阻力尽可能小，从而减小实验误差，故D正确。故选D。
4．如图是“验证机械能守恒定律”的装置，气垫导轨上安装了1、2两个光电门，滑块上固定一竖直遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连，细线与导轨平行。在调整气垫导轨水平时，滑块不挂钩码和细线，接通气源后，给滑块一个初速度，使它从轨道右端向左运动，发现滑块通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间。为使气垫导轨水平，可采取的措施是（　　）A．调节P使轨道左端升高一些 B．调节P使轨道左端降低一些C．遮光条的宽度应适当大一些 D．滑块的质量增大一些
4.A【详解】滑块通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间，说明滑块在加速运动，可以调节P使轨道左端升高一些，让导轨处于水平状态。遮光条的宽度和滑块质量的调节无法使导轨水平。故选A。
5.在“验证机械能守恒定律”的实验时，一同学分析得出的实验结果是重锤重力势能的减少量小于动能的增加量。下列对造成该实验结果的原因分折正确的是（ ）A. 空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力B. 选用重锤的质量过大C. 交流电源的频率大于50HzD. 交流电源的频率小于50Hz
【答案】D【解析】解：A、空气对重锤阻力和打点计时器对纸带的阻力，会导致重力势能部分转化为内能，则重力势能的减小量会略大于动能的增加量，故A错误。B、验证机械能守恒，即验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，质量可以约去，选择质量较大的重锤，不会使得重力势能的减小量小于动能的增加量，故B错误。C、交流电源的频率大于50Hz，则测出的速度大小小于真实值，会导致动能增加量偏小，使得重力势能的减小量大于动能的增加量，故C错误。D、交流电源的频率小于50Hz，则测出的速度大小大于真实值，会导致动能增加量偏大，使得重力势能的减小量小于动能的增加量，故D正确。故选：D。明确验证机械能守恒定律实验的误差来源，若受到阻力的影响，会导致重力势能的减小量略大于动能的增加量。根据交流电的频率误差得出测量的速度误差，从而得出动能增加量的误差，确定正确的选项。本题考查验证机械能守恒定律的实验误差分析，要注意正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、所测数据、误差分析等，会起到事半功倍的效果；并运用运动学公式和动能、重力势能的定义式解决问题是该实验的常规问题。