2024版新教材高中物理第八章機械能守恒定律5.實驗：驗證機械能守恒定律課件新人教版必修第二冊

5．實驗：驗證機械能守恒定律素養(yǎng)·目標(biāo)要求1．明確驗證機械能守恒定律的基本思路并能進(jìn)行相關(guān)量的測量．2．能正確進(jìn)行實驗操作，分析實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論，能定性地分析產(chǎn)生誤差的原因．導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識共研·突破關(guān)鍵能力精煉·落實學(xué)科素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識一、實驗思路機械能守恒的前提是“只有___________做功”，因此研究過程一定要滿足這一條件．1．情形1：自由下落的物體只受到________作用，滿足機械能守恒的條件．

實際中只要重力遠(yuǎn)大于阻力就可以2．情形2：物體沿光滑斜面下滑時，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，對物體________，滿足機械能守恒的條件．

實際中不存在，只能盡量減少摩擦重力或彈力重力不做功

mgh1－mgh2高度運動速度三、實驗步驟(以教材參考案例1為例)1．安裝裝置：按圖甲所示把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導(dǎo)線把打點計時器與電源連接好．2．打紙帶：在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近．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條打好點的紙帶．3．選紙帶并測量：選擇一條點跡清晰的紙帶，確定要研究的開始和結(jié)束的位置，測量并計算出兩位置之間的距離Δh及在兩位置時紙帶的速度，代入表達(dá)式進(jìn)行驗證．

在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機械能保持不變．(1)安裝．①打點計時器的兩個限位孔要在同一豎直線上（盡量減小紙帶與打點計時器的摩擦），且離地高度適當(dāng)．

打出足夠多的點②電源：電磁打點計時器使用低壓交變電源(約8V)，不可用直流電源．(2)實驗準(zhǔn)備．①重物：選擇質(zhì)量大、密度大、體積適中的金屬球或重錘．

減小摩擦阻力、空氣阻力的影響②紙帶：保證紙帶豎直，重物靠近打點計時器，如圖中，只有D圖符合要求．

共研·突破關(guān)鍵能力目標(biāo)一教材原型實驗【典例】例1如圖為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖．現(xiàn)有器材：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、導(dǎo)線、紙帶、帶夾子的重物、天平．回答下列問題．

AD紙帶和打點計時器之間有摩擦用米尺測量紙帶上點的位置關(guān)系時讀數(shù)有誤差B

例2[2023·安徽亳州高一聯(lián)考]某實驗小組用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律．某同學(xué)按照正確操作得到的紙帶如圖乙所示，其中O是起始點，M、N、P為從合適位置開始選取的連續(xù)點中的三個點，打點頻率為50Hz.該同學(xué)用刻度尺測量O到M、N、P各點的距離，并記錄在圖乙中，已知重物的質(zhì)量為0.5kg，取重力加速度g＝9.80m/s2.

B2.131.131.16

(4)若測出紙帶上各點到O點之間的距離，根據(jù)紙帶算出打點計時器打各點時重物的速度v及重物下落的高度x，則在機械能守恒的情況下，下列以v2為縱軸、x為橫軸畫出的圖像正確的是________．

C

答案：AC

例4某同學(xué)設(shè)計了一個用拉力傳感器驗證機械能守恒定律的實驗．一根輕繩一端連接固定拉力傳感器，另一端連接小鋼球，如圖甲所示．拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放，使小鋼球在豎直平面內(nèi)擺動，記錄鋼球擺動過程中拉力傳感器示數(shù)的最大值Tmax和最小值Tmin.改變小鋼球的初始釋放位置，重復(fù)上述過程．根據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中繪制的Tmin-Tmax圖像是一條直線，如圖乙所示．(1)若小鋼球擺動過程中機械能守恒，則圖乙中直線斜率的理論值為________．(2)由圖乙得：直線的斜率為________，小鋼球的重力為________N．(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(3)該實驗系統(tǒng)誤差的主要來源是________(填正確答案標(biāo)號)．A．小鋼球擺動角度偏大B．小鋼球初始釋放位置不同C．小鋼球擺動過程中有空氣阻力－2－2.10.59C

例5利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律實驗的實驗裝置如圖甲所示．水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上A點處有一帶長方形擋光條的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的小球相連．擋光條兩條長邊與導(dǎo)軌垂直，導(dǎo)軌上B點處有一光電門，可以測量擋光條經(jīng)過光電門時的擋光時間t，用d表示A點到光電門B處的距離，b表示擋光條的寬度．將擋光條通過光電門的平均速度視為滑塊通過B點時的瞬時速度，實驗開始時滑塊在A處由靜止開始運動．(1)滑塊通過B點的瞬時速度可表示為______；(2)某次實驗測得導(dǎo)軌傾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑塊從A處到達(dá)B處時小球和滑塊組成的系統(tǒng)動能增加量可表示為ΔEk＝________，系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為ΔEp＝________，在誤差允許的范圍內(nèi)，若滿足__________，則可認(rèn)為系統(tǒng)的機械能守恒．(3)用上述實驗方法，某同學(xué)改變A、B間的距離，得到滑塊到B點時對應(yīng)的速度v，作出的v2-d圖像如圖乙所示，并測得M＝m，則重力加速度g＝________m/s2.

ΔEk＝ΔEp9.6

精煉·落實學(xué)科素養(yǎng)

答案：AB

2．如圖所示，用傾斜放置的氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律．已知滑塊和擋光條的總質(zhì)量為m，擋光條的寬度為d，重力加速度為g.現(xiàn)將滑塊由靜止釋放，兩個光電門G1和G2分別記錄了擋光條通過光電門的時間t1和t2，則滑塊通過兩個光電門的過程中動能的增加量ΔEk＝______________，通過兩個光電門過程中重力勢能的減少量ΔEp＝________(用圖中所標(biāo)符號表示)．若兩者在實驗誤差允許范圍內(nèi)相等，則驗證了滑塊在下滑過程中機械能守恒．若實驗中滑塊以初速度v0下滑，用上述方法______(選填“能”或“不能”)驗證機械能守恒定律．

能3.[2023·重慶高中高一下質(zhì)量調(diào)研]某研究小組用如圖甲所示的實驗裝置“驗證機械能守恒定律”．(1)供實驗選擇的重物有以下四個，最優(yōu)選擇為________．A．質(zhì)量為10g的砝碼B．質(zhì)量為200g的木球C．質(zhì)量為50g的塑料球D．質(zhì)量為200g的鐵球(2)實驗時應(yīng)將打點計時器接到________電源上(選“交流”或“直流”)．(3)根據(jù)圖乙所示紙帶上的測量數(shù)據(jù)，可得出打B點時重物的速度為________m/s，根據(jù)(1)可知重物在B點時的動能為Ek＝________J.已知O為初始速度為零的點，則OB重力勢能的減少量為Ep＝________J.Ep不完全等于Ek的原因是____________________________________．(均保留小數(shù)點后兩位，g＝10m/s2)D交流3.901.521.57受到空氣阻力且紙帶與打點計時器之間存在摩擦

(4)研究小組的同學(xué)反思所做的實驗后發(fā)現(xiàn)誤差較大，操作也不便，于是在老師的指導(dǎo)下利用如圖丙所示的DIS實驗裝置對驗證機械能守恒定律實驗進(jìn)行改進(jìn)．其簡圖如圖丁所示．由光電門與輕質(zhì)擺桿組成的單擺繞O點轉(zhuǎn)動，實驗時，質(zhì)量為m的光電門從M點由靜止下擺，依次經(jīng)過6個寬度為d的擋光條，光電門擺至左邊海綿止動閥處被卡住不再回擺．已知擺長為L，當(dāng)擺桿與豎直方向的夾角為θ(θ小于90°)時，光電門經(jīng)過擋光條的時間為Δt，以圓弧最低點N所在平面為零勢能面，則光電門的勢能Ep＝___________，動能Ek＝________，然后對比不同擋光條處勢能和動能之和是否相等．(用字母m、L、θ、d、Δt、g表示)mg(L－Lcosθ)

4．某同學(xué)用如圖甲所示的裝置驗證機械能守恒定律．安裝打點計時器后，接通電源，讓打點計時器正常工作后，松開紙帶．(1)將紙帶上打出的第一個點記為0，并在離0點較遠(yuǎn)的任意點依次選取幾個連續(xù)的點，分別記為1，2，3…量出各點與0點的距離h，算出各點對應(yīng)的速度，分別記為v1至v6，數(shù)據(jù)如表格所示．表格中有一個速度的數(shù)據(jù)有較大誤差，代表符號為________．(2)修正數(shù)據(jù)后，該同學(xué)計