物理必修 第二册第八章 机械能守恒定律5 实验：验证机械能守恒定律教课内容课件ppt

这是一份物理必修 第二册第八章 机械能守恒定律5 实验：验证机械能守恒定律教课内容课件ppt，共27页。PPT课件主要包含了方法三图像法等内容，欢迎下载使用。

5　实验:验证机械能守恒定律
一、实验思路机械能守恒的前提是“系统内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,满足这一条件的运动过程有哪些?你选择哪个过程来验证机械能守恒定律?实验过程中需要测量哪些物理量?选用什么器材?
二、进行实验1.仪器安装:按下图所示将检查、调整好的打点计时器(频率为50 Hz)竖直固定在铁架台上,接好电路.
2.打点: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:选取点迹清晰且开始的两点间距离约为2 mm的纸带,把纸带上打出的第一个点作为起始点,记作O,在距离O点较远处再依次选出计数点0、1、2….4.测距离:如图所示,用刻度尺测出O点到计数点0、1、2…的距离,即对应下落的高度h0、h1、h2….
五、实验结论通过分析实验数据,你能得出什么结论?答案:在误差允许的范围内,物体的机械能守恒.
六、误差分析1.测量长度时会产生误差.减小误差的方法有:(1)测距离都应从O点测起.(2)多次测量取平均值.(3)选取的计数点应尽可能离O点远些.2.重物在拖着纸带下落的过程中必然受到阻力作用,所受阻力主要是打点计时器与纸带间的摩擦力以及空气的阻力.克服这些阻力做功要消耗能量,所以重物动能的增加量ΔEk必定小于重力势能的减少量ΔEp.这是实验设计带来的系统误差.
命题角度1　巩固强化——应该怎么做
【典例1】利用如图所示的装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量重物由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案.
(1)以上方案中只有一种最合理,最合理的是　 . (填上述方案相应的字母)(2)要使该实验误差尽量小,下列注意事项正确的是　 　. A.重物的质量应尽量大些,但悬挂时不能拉断纸带B.选用电火花计时器比电磁打点计时器更好,可减小阻力的影响C.测长度时保持纸带悬挂状态,读数更准确D.纸带上留下的点越大越好E.纸带越长越好
解析:(1)A、B、C方案中用匀变速直线运动公式求v及h,这样得到的v、h不是由实验测得的数据,不能达到验证机械能守恒定律的目的.(2)测长度时保持纸带悬挂,会增大刻度尺读数的误差;点太大,测量高度h时的误差较大;纸带太长,会增大阻力做的功.
答案:(1)D　(2)AB
【典例2】下图是验证机械能守恒定律的实验装置.
打点计时器所用电源频率为50 Hz,当地重力加速度大小为9.80 m/s2,测得所用重物的质量为1.0 kg.甲、乙、丙三个同学分别用同一装置打出三条纸带,量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18 cm、0.18 cm和0.25 cm,可看出有一个同学在操作上出现了问题,出现的
问题是 . .
按实验要求正确地选出的纸带如图所示(相邻计数点间的时间间隔为0.02 s).
(1)纸带的　　　　(选填“左”或“右”)端与重物相连. (2)打点计时器打下计数点B时,重物的速度vB=　 　m/s. (3)从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量ΔEp=　　　J,此过程中重物动能的增加量ΔEk=　　　J. 
(4)通过计算,ΔEp　　　(选填“>”“=”或“<”)ΔEk,这是因为　   　 . (5)实验的结论是　 . (6)若实验中所用电源的频率f<50 Hz,而做实验的同学并不知道,实验结果将会受到什么影响?  . 　 . 
答案:先释放纸带后接通打点计时器电源　(1)左(2)0.98　(3)0.49　0.48　(4)>　实验中存在阻力(5)在实验误差允许的范围内,重物的机械能守恒(6)vB的计算值偏大,ΔEk可能大于ΔEp
(4)ΔEp>ΔEk,是因为实验中存在阻力,重物的重力势能不能完全转化为动能.(5)在实验误差允许的范围内,重物的机械能守恒.(6)若f<50 Hz,则vB的计算值偏大,ΔEk可能大于ΔEp.
命题角度2　拓展迁移——还能怎么做
使用速度传感器或光电门替代打点计时器,提高速度测量的准确性和操作的便捷性.
【典例3】某物理实验小组利用如图所示的装置验证机械能守恒定律.图中AB是固定的光滑斜面,斜面的倾角为30°,1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门,与它们连接的光电计时器都没有画出.让滑块从斜面的顶端滑下,光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00×10-2 s、2.00×10-2 s.已知滑块质量为2.00 kg,滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm,光电门1和2之间的距离为0.54 m,g取9.80 m/s2,取滑块经过光电门时的速度为其平均速度.
(1)滑块经过光电门1时的速度v1=　　　m/s,经过光电门2时的速度v2=　　　m/s. (2)滑块从光电门1运动到光电门2动能增加量为　　　J,重力势能的减少量为　　　J. 
答案:(1)1.00　2.50　(2)5.25　5.29
【典例4】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其压缩量的关系. (1)如图甲所示,将轻质弹簧下端固定于铁架台上,在上端的托盘中依次增加砝码,测量相应的弹簧长度,部分数据如下表所示.g取9.8 m/s2.由数据可得劲度系数k=　　 N/m. 
(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的关系图线如图丙所示.由图可知,v与x成　　　　.由上述实验可得结论:同一根弹簧的弹性势能与弹簧的　　　　成正比.