【物理】實驗：驗證機械能守恒定律課件 2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

5實驗：驗證機械能守恒定律第八章機械能守恒定律新課導(dǎo)入機械能守恒定律告訴我們，在只有重力或彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能相互轉(zhuǎn)化時總的機械能保持不變。如果我們通過實驗來研究物體運動過程中動能與重力勢能的變化，從而驗證機械能守恒定律，那么需要怎樣的實驗過程才能滿足？1、沿固定光滑斜面下滑的滑塊機械能守恒嗎？

沿固定光滑斜面下滑的滑塊機械能守恒

θFNG·新課導(dǎo)入小球來回擺動時，忽略空氣阻力，機械能守恒。機械能守恒定律告訴我們，在只有重力或彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能相互轉(zhuǎn)化時總的機械能保持不變。如果我們通過實驗來研究物體運動過程中動能與重力勢能的變化，從而驗證機械能守恒定律，那么需要怎樣的實驗過程才能滿足？2、小球來回擺動時，機械能守恒嗎？創(chuàng)設(shè)情景，提出問題物體做自由落體時，機械能守恒，如果我們用自由落體運動的物體來驗證機械能守恒定律，需要測量哪些物理量？用什么樣的裝置來進行自由落體運動？1.需要測量物體的質(zhì)量、物體所處位置的高度以及物體的運動速度這三個物理量。2.用打點計時器記錄重物自由下落的運動過程來測量物理量，記錄過程。制訂方案，設(shè)計實驗1、根據(jù)選定的實驗方案設(shè)計相應(yīng)的表格記錄實驗數(shù)據(jù)。2、計算物體在選定位置上動能與重力勢能的和是否滿足相等，也可以計算重物在某兩點間的動能變化和重力勢能變化是否滿足動能的增加量等于重力勢能的減少量。方案一：用打點計時器記錄重物自由下落的運動過程（1）物體的質(zhì)量可以用天平測出。（2）紙帶上某兩點的距離等于物體下落的高度差

Δh，得到物體下落過程中重力勢能的變化。（3）物體的瞬時速度可以從紙帶測出，從而得到它在各點的動能。比較重物在某兩點間動能的變化與重力勢能的變化，就能驗證機械能是否守恒。制訂方案，設(shè)計實驗（4）實驗中需要注意的問題①重物下落過程中，除了重力外會受到空氣阻力和摩擦阻力，應(yīng)該用較小的金屬重物來減小阻力的影響，實驗時讓打點計時器處于豎直面內(nèi)，使兩限位孔連線豎直，拉直紙帶上端以減小空氣阻力。②重物下落時，最好選擇初位置和與初位置較遠的另一個位置作為過程的開始和結(jié)束的位置。制訂方案，設(shè)計實驗（5）A、B、C是記錄做勻加速直線運動物體的紙帶上相鄰的三個點。根據(jù)學(xué)過的勻變速直線運動的規(guī)律可知，物體某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度。制訂方案，設(shè)計實驗·

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·ABC△t△t△x制訂方案，設(shè)計實驗方案二研究沿氣墊導(dǎo)軌下滑物體的機械能

我們利用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計時器記錄物體沿光滑斜面下滑的運動過程。利用氣墊導(dǎo)軌的優(yōu)點：氣墊導(dǎo)軌上有很多小孔，氣泵送來的壓縮空氣從小孔噴出，使得滑塊與導(dǎo)軌之間有一層薄薄的空氣層，兩者不會直接接觸。這樣滑塊運動時受到的阻力很小，實驗的精確度能大大提高。制訂方案，設(shè)計實驗瞬時速度的測定：計時系統(tǒng)的工作要借助于光源和光敏管（統(tǒng)稱光電門）。光源與光敏管相對，它射出的光使光敏管感光。當滑塊經(jīng)過時，其上的遮光條把光遮住，與光敏管相連的電子電路自動記錄遮光時間，通過數(shù)碼屏顯示出來。根據(jù)遮光條的寬度d和遮光時間t，可以算出滑塊經(jīng)過時的速度。遮光條光電門制訂方案，設(shè)計實驗實驗裝置如圖所示。實驗操作中，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，重力勢能減小，動能增大。測量滑塊和擋光片的質(zhì)量，用光電門測量滑塊的瞬時速度。測量滑塊下降的高度Δh和初、末速度v1

、v2

，就可以驗證機械能是否守恒。分組實驗，采集數(shù)據(jù)不同小組采用不同方案進行實驗，分別得出數(shù)據(jù)。測量點n123456高度hn/m速度vn/m/s勢能EP/J動能EK/J分析論證、得出結(jié)論分析論證：（1）用打點計時器記錄重物自由下落的運動過程實驗中，你可以得到什么結(jié)論？（2）研究沿斜面下滑物體的機械能實驗中，你可以得到什么結(jié)論？結(jié)論：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機械能保持不變。應(yīng)用規(guī)律，反思改進例1、某同學(xué)在做“驗證機械能守恒定律”的實驗中，采用重物自由下落的方法，得到一條點跡清晰的紙帶。已知打點計時器打點周期為0.02s，當?shù)刂亓铀俣萭＝9.80m/s2，測得所用的重物的質(zhì)量為1.00kg。把紙帶中第一個點記作O（此時重物的速度為零），另選打點計時器連續(xù)打下的3個點A、B、C為計數(shù)點，經(jīng)測量A、B、C各點到O的距離分別為9.51cm、12.70cm、15.70cm。根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算或分析重物由O點運動到B點的過程：（計算結(jié)果均取3位有效數(shù)字）應(yīng)用規(guī)律，反思改進（1）重物的重力勢能減少量為

；（2）重物的動能增加量為

；（3）這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量

動能的增加量（填“大于”、“小于”或“等于”）；（4）分析產(chǎn)生誤差可能的原因是_______________________。（至少寫出一條原因）大于重物下落受到阻力作用1.24J1.20J·

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·OABC9.51cm12.70cm15.70cm例2、某同學(xué)用滑塊在氣墊導(dǎo)軌上的運動驗證機械能守恒定律。測得實驗中所用遮光片的寬度為0.48cm，滑塊連同遮光片的質(zhì)量為0.60kg，g取9.8m/s。操作步驟如下：（1）如圖所示，固定有刻度尺的氣墊導(dǎo)軌一端用木塊墊起，另一端擱置于桌的邊緣并固定，桌的邊緣正對刻度尺的“0”刻度，光電門也安裝在“0”刻度處，墊木高20cm，支點與刻度尺的“60cm”刻度線對齊。將帶有遮光片的滑塊從圖示位置，無初速釋放，滑塊釋放時，遮光片中心對應(yīng)刻度尺的讀數(shù)為

cm。

應(yīng)用規(guī)律，反思改進90.00（2）記下滑塊經(jīng)過光電時遮光片的遮光時間為0.002s，則滑塊經(jīng)過光電門時速度為

m/s，滑塊下滑過程動能的增加量為

J。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）（3）滑塊下滑過程中重力勢能的減小量為

J．（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）（4）根據(jù)以上實驗可得：_________________________________________________________。

應(yīng)用規(guī)律，反思改進2.401.731.76在誤差范圍內(nèi)，滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運動過程中機械能守恒。課堂小結(jié)實驗：驗證機械能守恒定律創(chuàng)設(shè)情景提出問題制訂方案設(shè)計實驗分組實驗采集數(shù)據(jù)分析論證得出結(jié)論應(yīng)用規(guī)律反思改進驗證機械能守恒定律，需要測量哪些物理量用什么樣的裝置來進行自由落體運動用打點計時器記錄重物自由下落的運動過程研究沿斜面下滑物體的機械能記錄物體運動的高度、速度計算重力勢能的減少量和動能的增加量在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機械能保持不變應(yīng)用規(guī)律解決問題如何減小誤差

單擺驗證機械能守恒定律物體在擺動過程中的重力勢能和動能可以互相轉(zhuǎn)化，但總的機械能守恒。設(shè)物體自高為h處釋放，擺至最低點時的速度為v

。利用光電門測出物體在最低點的速度，即可驗證機械能是否守恒。在圖示的擺球運動過程中的最低點處固定一光電門，仔細調(diào)整光電門的高低位置，使得擺球通過光電門時恰好擺球中心水平直徑擋光。課