《实验：验证机械能守恒定律》PPT课件

1 2
gt
2 n
或
hn
=
v2n 2g
计算得到。
题组三 实验创新
题4［2019·山东济宁高一质量检测］如图所示，用倾斜放置的气垫 导轨验证机械能守恒定律。已知滑块和遮光条的总质量为m，遮光条 的宽度为d，重力加速度为g。现将滑块由静止释放，两个光电门G1和 G门2的分过别程记中录动了能遮的光增条加通量过E光k =电12门m的d2时 t1间22 -t1t和112 t，2通，则过滑两块个通光过电两门个过光程电
第5节 实验：验证机械能守恒定律
学习目标
1.验证机械能守恒定律． 2.熟悉瞬时速度的测量方法． 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．
复习回顾 1、什么叫机械能守恒？ 2、机械能守恒的条件是什么？ 3、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？
4、如何推导机械能守恒的表达式？
因重物下落中要克服阻力做功，实验的动能增加量必 定稍小于重力势能减少量
2019/11/9
常考题型
题组一 实验操作及步骤
题1［2017·天津卷］如图所示，打点计 时器固定在铁架台上，使重物带动纸带 从静止开始自由下落，利用此装置验证 机械能守恒定律。
（2）某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源 上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分 未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O 点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距 离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项 有 AB 。
先通电源，再释放纸带 5、释放纸带时应注意什么问题？
释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端， 确保重物由静止释放。
①用天平测量重物的质量 ②按照如图所示装置安装打点计时器 ③将纸带穿过计时器，下端与重物相连 ④接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带 ⑤及时切断电源，取下纸带，标上纸带号 ⑥更换纸带，重复以上步骤 ⑦整理器材，使器材复位
借助自由落体运动 验证机械能守恒定律
mgΔh=
1 2
mvB2
-
1 2
mvA2
要证明上式是否成立，需要测量哪些物理量？
如何测量这些物理量？
重物、打点计时器、纸带、交流电源、铁架台、 夹子、天平、毫米刻度尺
1、选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？
我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验 的影响，应采用密度较大的重物。
2 0.02
打
B点时重物的动能为
E
kB
=
1 2
mv2B
=
1 1.00.792 J≈0.31 J。
2
重物的重力势能减少量为
Ep = mgh =1.09.832.410-3 J ≈ 0.32 J。
（2）在实验误差允许的范围内
mgh= 1 mv2，所以 v2 ∝h，作出的 v2 2
-h图线应为一条过原点的直线，故 选项C正确。
度，所以需要测量的物理量有小铁块的水平位移x和竖直
下落的高度h。
（2）根据平抛运动规律知初速度：
v0= x =
x
2h = x
g。
t g 2h
（3）要验证机械能守恒即验证摆锤减少的重力势能等
于增加的动能，即
mgL（1-cos
θ
）=
1 2
mv02
=
1 2
mx2
g 2h
整理得： x2 =L（1-cos θ）。 4h
【注意】
速度不能用 vn = gtn 或 vn = 2ghn 计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，
即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律；用 vn = gtn 计算出的速度比实际速 度值大，这是由于摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测
量计算。同样的道理，重物下落的高度h也只能用刻度尺直接测量，而不能用 hn =
2、安装打点计时器时，应注意什么问题？
计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，计时器要稳定在铁架台上，并将计时器伸 出桌外。 3、这样做的目的是什么?
减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差；保证重物有足够的下落空间，以便在纸带上 能够打出较多的点，有利于进行计算．
4、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？
守恒定律，摆锤A拴在长为L的轻绳一端，
轻绳另一端固定在O点，在A上放一个质量
很小的小铁块，现将摆锤拉起，使绳与竖
直方向成θ 角，由静止开始释放摆锤，当
其到达最低位置时，受到竖直挡板P的阻挡而停止运动，之后铁块
将飞离摆锤做平抛运动。
（1）为了验证摆锤在运动过程中机械能守恒，必须求出摆锤在最
低点的速度。为了求出这一速度，还应测量的物理量
打B点时，重物的重力势能减少量是 0.32 J。（结果保留两位有效数字）
（2）根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以 v2 为纵轴，以h为
横轴，画出的图线应是图中的（ C ）
A
B
C
D
【解析】
（1）由
v
t 2
=
v
得
v
B
=
x AC 2T
= 50.2 -18.610-3 m/s=0.79 m/s，
选择纸带的两种方法
Байду номын сангаас
（1）用 1 mv2n=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
2
间的距离大于2 mm，这是先释放纸带、后接通电源造成的。这样，第1个点就不是运动的起始点了，这 样的纸带不能选。
（2）用 1 mv2B- 1 mv2A=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，
mgsH 中重力势能的减少量 Ep = L （用图中所标符号表示）。若 两者在实验误差允许范围内相等，则滑块在下滑过程中机械能守 恒。若实验中滑块以初速度v0下滑，用上述方法 能 （选填 “能”或“不能”）验证机械能守恒定律。
【解析】 滑块经过两个光电门G1和G2
的速度分别为v1=
d t1
，v2=
讨论：如何选取纸带上的两点作为我们研究过程的起点和终点？
1
7
13
注意：必须保证纸带上的第一个点迹清晰，且是放手时打下的第一个点。
1 2 3 4
通过本实验，我们可以得到的结论是：
图象法处理数 据
gh 1 v 2
1 2
v
2
=
2
为什么图 象通过原
点？
0
该图象的 斜 率表示 什么？
h
2019/11/9
待打点稳定后再释放纸带 。
题组二 纸带分析和数据处理
题3 在用落体法验证机械能守恒定律的实验中： （1）所用重物质量m=1.0 kg，打点计时器所用电源频率为50 Hz，打下的 纸带如图所示（图中的数据为从起始点O到该点的距离），则在打B点时，
重物的速度 vB = 0.79 m/s，重物的动能 EkB = 0.31 J，从开始下落到
谢谢！
d t2
，则动能的增
加量为 Ek
=
1 2
m

d t2
2
-
1 2
m

d t1
2
=

1 2
md
2

1 t22
-
1 t12

。

滑块重力势能的减少量为ΔEp=
mgsH L
。
若实验中滑块以初速度v0下滑，只有重力
做功，机械能守恒，用上述方法能验证机
械能守恒定律。
题5 如图所示的装置可用来验证机械能
2
2
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。
题2［2019·广东惠州高一期末］用如图1所示的装置验证机械 能守恒定律，若按正确的实验步骤进行，并选出如图2所示的纸 带，回答下列问题：
图1
图2
（1）纸带的 左 （选填“左”或“右”）端与重物相连。 （2）下面列举了该实验的几个操作步骤（示意图如图1所示）： A.按照图示的装置安装器件； B.将打点计时器接到电源的交流输出端上； C.用天平测量出重物的质量； D.释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带； E.测量纸带上打出的某些点之间的距离； F.根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等 于增加的动能。 指出其中没有必要进行的和操作不恰当的步骤，将其选项对应 的字母填在下面的横线上，并改正不恰当的步骤： 没有必要进行的步骤是 C ，理由是 在验证机械能守恒时， 左右两边式子均有质量m，可以约去，没有必要用天平测重物，的质 操作不恰当的步骤是 D ，改正为 应先接通电源，
实验操作注意事项 （1）安装打点计时器时要使打点计时器的两限位孔在同一竖直平面内，手提纸带上端使纸带沿竖 直方向，以减小纸带与限位孔的摩擦。 （2）重物应选用质量和密度较大、体积较小的物体，以减小空气阻力的影响。 （3）释放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打出较多的点。 （4）应先接通电源，再松开纸带让重物下落。 （5）选用点迹清晰的纸带进行测量。
有 摆锤遇到挡板之后小铁块的水平位移x和竖直下落的高。度h
（2）用测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v0=
xg 2h
。
（3）用已知的和测得的物理量表示摆锤在运动过程中机械能守恒
的关系式为
。
解析：（1）摆锤在最低点的速度即为小铁块做平抛运
x
动的初速度，所以要利用v0= x = 2h = x g 来求初速 t g 2h
A.OA、AD和EG的长度 B.OC、BC和CD的长度 C.BD、CF和EG的长度 D.AC、BD和EG的长度 （1）对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是 BC 。 A.重物选用质量和密度较大的金属锤 B.两限位孔在同一竖直面内上下对正 C.精确测量出重物的质量 D.用手托稳重物，接通电源后，释放重物