物理人教版 (2019)第八章 机械能守恒定律5 实验：验证机械能守恒定律课文配套课件ppt

这是一份物理人教版 (2019)第八章 机械能守恒定律5 实验：验证机械能守恒定律课文配套课件ppt，共44页。PPT课件主要包含了典题剖析，典题1，BCDF，略大于，典题2，考点二实验数据处理，考点三创新型实验，典题3，滑块的动能，压缩量的平方等内容，欢迎下载使用。

5．实验：验证机械能守恒定律
实验必备 · 合作探究
一、实验目的1．会用打点计时器打下的纸带计算物体的运动速度和位移。2．探究自由落体运动物体的机械能守恒。二、实验原理做自由落体运动的物体，在下落过程中，重力势能减少，动能增加，如果重力势能的减少量等于动能的增加量，就验证了机械能守恒定律。
三、两个案例案例1　研究自由下落物体的机械能1．实验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、低压交流电流(4～6 V)、重物、毫米刻度尺、纸带(带夹子)、复写纸片、导线。
2．实验步骤(1)安装装置：按图甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。
(2)打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落。重复几次，得到3～5条打好点的纸带。
(3)选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量并计算出两位置之间的距离Δh及两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。
方法三：图像法(如图所示)。若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则机械能守恒定律得到验证。
4．误差分析本实验的误差主要是纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差。
5．注意事项(1)安装打点计时器时，要使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。(2)应选用质量和密度较大的重物。(3)实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落。(4)本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。
案例2　研究沿斜面下滑物体的机械能1．实验器材气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。2．实验步骤如图所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。测量两光电门之间高度差Δh和滑块通过两个光电门时的速度v1、v2，代入表达式验证。
3．物理量的测量及数据处理(1)测量两光电门之间的高度差Δh；(2)根据滑块经过两光电门时遮光条的遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度。
4．误差分析两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越小，误差越小。
实验研析 · 创新应用
如图所示为用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置。
探究一　实验原理及操作步骤
(1)在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中要用工具测量和通过计算得到的有(　　)A．重锤的质量B．重力加速度C．重锤下落的高度D．与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度
(2)有同学按以下步骤进行实验操作：A．用天平称出重锤和夹子的质量；B．固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，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；E．测出各点到O点的距离，即得到重锤下落的高度。
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__________________________ 。
B中手应抓住纸带末端让重锤尽量靠近打点计时器　
C中应先接通电源，再松开纸带　
D中应选取离O点较远的点　
(3)实验时，应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上，这样做可以_______ (选填“消除”“减小”或“增大”)纸带与限位孔之间的摩擦。(4)在实际测量中，重物减少的重力势能通常会_________ (选填“略大于”“等于”或“略小于”)增加的动能。
解析：(1)通过实验原理可知，重锤下落高度要用毫米刻度尺直接量出，下落这一高度时对应的瞬时速度用相邻两点间的平均速度求出，故需用工具测量的是C，通过计算得到的是D。
有错误或不妥的步骤是B、C、D、F。原因和更正办法分别是：①B中“让手尽量靠近打点计时器”应改为“让重锤尽量靠近打点计时器”。因打点计时器应从与重锤靠近的纸带处开始打点，不致留下过长的空白纸带，纸带也不宜过长，约40 cm即可。②C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锤下落，才可保证打第一个点时重锤的初速度为零，并且使纸带上的第一个点是清晰的小点。
③D中应将“距离O点较近处”改为“距离O点较远处”。因为所取的各计数点应尽量是重锤自由下落运动的真实记录，而打点计时器接通电源开始工作后不一定很快就能达到稳定状态，同时开始的几个点比较密集，会增加长度测量的误差。
(3)打点计时器的两个限位孔如果不在同一竖直线上，纸带运动中就会与限位孔之间有摩擦，重物下落时要克服这个摩擦阻力做功，重力势能不能全部转化为动能，实验存在误差，纸带与限位孔之间的摩擦是无法避免的，这样做只能减小纸带与限位孔之间的摩擦。(4)实际实验中，重锤要受到空气阻力，纸带和打点计时器的振针和限位孔之间有摩擦力，故重物下落时要克服这些阻力做功，重力势能不能全部转化为动能，有一小部分转化为内能，故重物减少的重力势能通常会略大于增加的动能。
在用落体法做“验证机械能守恒定律”的实验中，重锤的质量为0.400 kg，取g＝10 m/s2，完成下列填空：(计算结果保留3位有效数字)(1)释放纸带前，重锤和手的合理位置是____；
(2)正确操作后，选取的纸带如图2所示，图中O为起始点且速度为零。A ～ G为纸带上的连续点，D、E、F与O的距离分别如图所示。已知计时器的打点周期为0.02 s，由此可计算出物体下落到E时的速度vE＝_______m/s；(3)从O到E，重锤动能的增加量ΔEk＝_______J；重力势能的减少量ΔEp＝_______J。
解析：(1)在释放纸带的瞬间，重物应靠近打点计时器，纸带保持竖直，手要拉着纸带的顶端。故选C。
某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。(1)如图甲所示，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如表，由数据算得劲度系数k＝_____N/m。(g取9.80 m/s2)
(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图乙所示，调整导轨使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小_______。 (3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为_____________。
(4)重复(3)中的操作，得到v与x的关系如图丙所示，由图可知，v与x成_______关系。由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的_______________成正比。
(2)要调整气垫导轨水平使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度相等。(3)根据机械能守恒定律，释放滑块后，弹簧的弹性势能转化为滑块的动能。(4)由题图可知，图线过原点且是倾斜直线，v与x成正比，即v＝k′x，因此弹簧的弹性势能与弹簧的压缩量的平方成正比。
1．(2021·福建省福州格致中学高一月考)如图是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置如图甲所示。(g取9.8 m/s2)
(1)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，A、B、C为三个计数点，打点计时器通过频率为50 Hz的交变电流。用刻度尺测得OA＝15.55 cm，OB＝19.20 cm，OC＝23.23 cm，重锤的质量为1.00 kg，(g取9.8 m/s2)。甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了_______ J；此时重锤的速度为_______ m/s。(结果均保留三位有效数字)
A．19.6　　B．9.8　　C．4.90(3)图线明显未过原点O的原因可能是___________________________ __________________ 。
该同学做实验时先释放了纸带，然后才接通电源　
解析：(1)打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了ΔEp＝mghB＝1×9.8×19.20×10－2 J＝1.88 J此时重锤的速度为
由此可知，图线的斜率近似等于重力加速度，故B正确，A、C错误。(3)由图线可知，h＝0时，重锤的速度不等于零，原因可能是该同学做实验时先释放了纸带，然后才接通电源。
2．某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。
进行如下操作：①测出小钢球的质量m、直径d、电磁铁下端到光电门的距离h；②电磁铁先通电，让小钢球吸在下端；③电磁铁断电，小钢球自由下落；④计时装置记下小钢球经过光电门的挡光时间t。
完成下列问题：(1)小钢球从静止下落h的过程中，重力势能的减少量为______(用题中物理量符号表示，重力加速度为g)；测得d＝10.0 mm，t＝2.50×10－3 s，则小钢球经过光电门时的速度为____m/s；(2)另一同学用上述实验装置通过改变光电门的位置，用h表示小钢球从静止下落到光电门时的距离，用v表示小钢球通过光电门的速度，根据实验数据作出了如图乙所示的v2－h图像，则由图像可求得重力加速度g＝______m/s2。