8.5實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律-高一下學(xué)期物理備課課件（人教2019必修第二冊(cè)）

高中物理必修二

第八章

機(jī)械能守恒定律8.5實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一、實(shí)驗(yàn)思路

機(jī)械能守恒的前提是“只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功”。

本節(jié)實(shí)驗(yàn)我們以只有重力做功的過程進(jìn)行研究。二、物理量的測(cè)量及數(shù)據(jù)分析

只有重力做功時(shí)，只發(fā)生重力勢(shì)能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。

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機(jī)械能守恒定律1、若物體由靜止下落高度h時(shí)，它的瞬時(shí)速度為v，那么重力勢(shì)能的減小量為mgh，動(dòng)能的增加量為

1/2mv2

看在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否是相等，如果相等則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒。mgh=mv

212

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機(jī)械能守恒定律2、若以重物下落過程中的某一點(diǎn)A為基準(zhǔn)，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測(cè)出物體對(duì)應(yīng)于A點(diǎn)的速度vA

再測(cè)出物體由A點(diǎn)下落△h后經(jīng)過B點(diǎn)的速度vB則在誤差允許范圍內(nèi)，由計(jì)算得出

機(jī)械能守恒定律即被驗(yàn)證。

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機(jī)械能守恒定律

三、實(shí)驗(yàn)器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、學(xué)生電源等。

四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、安裝裝置：按圖所示把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源連接好。

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機(jī)械能守恒定律

2、打紙帶：在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。先接通電源后釋放紙帶，讓重物拉著紙帶自由下落。重復(fù)幾次，得到3～5條打好點(diǎn)的紙帶。3、選紙帶并測(cè)量：選擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，確定要研究的開始和結(jié)束的位置，測(cè)量并計(jì)算出兩位置之間的距離Δh及在兩位置時(shí)紙帶的速度，代入表達(dá)式進(jìn)行驗(yàn)證。

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機(jī)械能守恒定律五、數(shù)據(jù)處理1、計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度：如圖乙所示，根據(jù)公式vn＝

，計(jì)算出某一點(diǎn)的瞬時(shí)速度vn。2、驗(yàn)證方法

方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)。選擇開始的兩點(diǎn)間距接近2mm的一條紙帶，打的第一個(gè)點(diǎn)為起始點(diǎn)，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)

，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證。

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方法二：任取兩點(diǎn)A、B。

如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)

，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證。

方法三：圖像法

若在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)圖線是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證。

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機(jī)械能守恒定律問題1:本實(shí)驗(yàn)要不要測(cè)量物體的質(zhì)量？mgh

=mv

212gh

=v

212無需測(cè)量物體的質(zhì)量

如果實(shí)驗(yàn)要求計(jì)算勢(shì)能和動(dòng)能的具體數(shù)據(jù)，那就必須要知道物體的質(zhì)量。

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機(jī)械能守恒定律12x

=

gt2

=

×9.8×0.022m

≈2×10-3m=

2

mm12紙帶上的頭兩個(gè)點(diǎn)間的距離應(yīng)接近2mm。問題2:對(duì)于實(shí)際獲得的紙帶，如何判定紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)就是紙帶剛開始下落時(shí)打下的呢？

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機(jī)械能守恒定律速度能不能用v=2gh或v=gt計(jì)算？

這種方法認(rèn)為加速度為g，由于各種摩擦阻力不可避免，所以實(shí)際加速度必將小于g，這樣將得到機(jī)械能增加的結(jié)論，有阻力作用機(jī)械能應(yīng)該是減少的，故這種方法也不能用。

這種方法是根據(jù)機(jī)械能守恒定律得到的，而我們的目的就是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，所以不能用。思考:

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機(jī)械能守恒定律4、實(shí)驗(yàn)用的紙帶一般小于1m，從起始點(diǎn)開始大約能打出20個(gè)點(diǎn)左右。末位置的點(diǎn)可選擇倒數(shù)第一個(gè)點(diǎn)或倒數(shù)第二個(gè)點(diǎn)，從這一個(gè)點(diǎn)向前數(shù)4～6個(gè)點(diǎn)當(dāng)初位置的點(diǎn)，可以減小這兩個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)速度以及兩點(diǎn)之間距離（高度h）測(cè)量的誤差。1、安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。2、應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可可使阻力的影響相對(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。3、選用紙帶時(shí)應(yīng)盡量挑選第一、二點(diǎn)間距接近2mm的點(diǎn)跡清晰且各點(diǎn)呈一條直線的紙帶。六、注意事項(xiàng)：

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機(jī)械能守恒定律1、偶然誤差：測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)會(huì)帶來誤差2、系統(tǒng)誤差：

實(shí)驗(yàn)中重物和紙帶下落過程中要克服阻力（主要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力）做功，故動(dòng)能的增加量ΔEK必定稍小于勢(shì)能的減少量ΔEP。七、誤差分析

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機(jī)械能守恒定律二、實(shí)驗(yàn)原理:物體沿光滑斜面下滑時(shí)，雖然受到重力和斜面的支持力，但支持力與物體位移方向垂直，對(duì)物體不做功，這種情況也滿足機(jī)械能守恒的條件一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模航柚匦泵嫦禄矬w驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.物體沿光滑斜面下滑參考案例一

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機(jī)械能守恒定律參考案例二

實(shí)驗(yàn)裝置所示。實(shí)驗(yàn)操作中，把氣墊導(dǎo)軌調(diào)成傾斜狀態(tài)，滑塊沿傾斜的氣墊導(dǎo)軌下滑時(shí)，重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增大。測(cè)量滑塊和擋光片的質(zhì)量，用光電門測(cè)量滑塊的瞬時(shí)速度。測(cè)量滑塊下降的高度Δh和初、末速度v1、v2，就可以驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒

課堂練習(xí)

用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。(1)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：A.按照?qǐng)D示安裝好實(shí)驗(yàn)器材并連接好電源B.先打開夾子釋放紙帶，再接通電源打出一條紙帶C.測(cè)量紙帶上點(diǎn)跡間的距離D.根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是________(選填步驟前的字母)。B

課堂練習(xí)(2)如圖乙所示，選取紙帶上的連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)量出點(diǎn)B距起點(diǎn)O的距離s0，點(diǎn)B、C間的距離為s1，點(diǎn)C、D間的距離為s2，若相鄰兩點(diǎn)的打點(diǎn)時(shí)間間隔為T，重錘質(zhì)量為m，根據(jù)這些條件計(jì)算重錘從O下落到C時(shí)的重力勢(shì)能減少量ΔEp＝___________，動(dòng)能增加量ΔEk＝__________；在實(shí)際計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢(shì)能總是大于重錘增加的動(dòng)能，其原因主要是____________________________________________________________。mg(s0＋s1)空氣阻力和摩擦阻力使得一部分重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

課堂練習(xí)(3)某同學(xué)利用圖中紙帶，先分別測(cè)量出從A點(diǎn)到B、C、D、E、F、G點(diǎn)的距離h(其中F、G點(diǎn)為E點(diǎn)后連續(xù)打出的點(diǎn)，圖中未畫出)，再計(jì)算打出B、C、D、E、F各點(diǎn)時(shí)重錘下落的速度v