實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（教學(xué)課件）【教學(xué)無(wú)憂】高一物理備課（人教版2019必修第二冊(cè)）

8.5實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律人教版（2019）普通高中物理必修第二冊(cè)同步教學(xué)課件第八章·機(jī)械能守恒定律目錄1實(shí)驗(yàn)思路2物理量的測(cè)量3實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理1、什么叫機(jī)械能守恒？2、機(jī)械能守恒的條件是什么？3、自由落體運(yùn)動(dòng)的物體，機(jī)械能守恒嗎？

4、質(zhì)量為m的物體從O點(diǎn)自由下落，以地面為零參考面，經(jīng)過(guò)A、B兩點(diǎn)的速度分別為VA和VB，A、B兩點(diǎn)距地面的高度分別為hA、hB。如何推導(dǎo)機(jī)械能守恒的表達(dá)式？5、我們可以通過(guò)什么樣的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一定律呢？實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證機(jī)械能守恒定律知識(shí)點(diǎn)一：實(shí)驗(yàn)思路1.自由下落的物體只受到重力作用，滿足機(jī)械能守恒的條件。2.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(如圖)，對(duì)物體不做功，這種情況也滿足機(jī)械能守恒的條件。3.用細(xì)線懸掛的小球擺動(dòng)時(shí)，細(xì)線的拉力與小球的運(yùn)動(dòng)方向垂直，對(duì)小球不做功。如果忽略空氣阻力，這個(gè)過(guò)程中只有重力做功，也滿足機(jī)械能守恒的條件。知識(shí)點(diǎn)二：測(cè)量物理量

需要測(cè)量三個(gè)物理量：物體的質(zhì)量、物體所處位置的高度以及物體的運(yùn)動(dòng)速度。注意：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；如果只是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律可以不測(cè)物體的質(zhì)量。知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理問(wèn)題：你覺(jué)得我們要按照什么樣的思路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。方案一：自由落體方案二：光滑斜面方案三：系統(tǒng)守恒.......知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理【方案一】研究自由下落物體的機(jī)械能打點(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)生電源等夾子紙帶重物？實(shí)驗(yàn)器材測(cè)量物理量根據(jù)重力勢(shì)能和動(dòng)能的定義，很自然想到，需要測(cè)量物體的質(zhì)量、物體所處位置的高度以及物體運(yùn)動(dòng)的速度這三個(gè)物理量.知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理本實(shí)驗(yàn)要不要測(cè)量物體的質(zhì)量？mgh

=mv

212gh

=v

212無(wú)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。知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)0（起始點(diǎn)的速度應(yīng)該為零，即打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下第一個(gè)點(diǎn)時(shí)紙帶剛開(kāi)始下落）。gh

=v

21212x=

gt2=

×9.8×0.022m≈2×10-3m=

2

mm12h起始點(diǎn)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(kāi)始下落時(shí)打下的呢？紙帶上的頭兩個(gè)點(diǎn)間的距離應(yīng)接近2mm。知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理可以回避起始點(diǎn)嗎（即處理紙帶時(shí)可以不用到起始點(diǎn)嗎）?我們可以選取A、B兩點(diǎn)，比較它們的機(jī)械能EA和EB。若以點(diǎn)B為0勢(shì)能點(diǎn)，則有：mgΔh=ΔhAB知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理第1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。第2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。問(wèn)題：計(jì)算物體的速度，可有三種方法，哪種方法不合適？為什么？知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理測(cè)量點(diǎn)n123456高度hn

/m速度vn

/(m/s)勢(shì)能Ep

/J動(dòng)能Ek/J數(shù)據(jù)記錄知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理1.求瞬時(shí)速度2.守恒驗(yàn)證方法一:利用起始點(diǎn)。知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理

知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理誤差分析1．本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過(guò)程中要克服各種阻力

(空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力)做功，故動(dòng)能的增加量ΔEk稍小于重力勢(shì)能的減少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差．改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力．知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理2．本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)誤差來(lái)源于長(zhǎng)度的測(cè)量，屬偶然誤差．減小誤差的辦法是測(cè)下落距離時(shí)都從O點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完，或者多次測(cè)量取平均值．3．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的誤差(1)由于交流電周期的變化，引起打點(diǎn)時(shí)間間隔變化而產(chǎn)生誤差；(2)計(jì)數(shù)點(diǎn)選擇不好，振動(dòng)片振動(dòng)不均勻，紙帶放置方法不正確引起摩擦，造成實(shí)驗(yàn)誤差．誤差分析知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理注意事項(xiàng)1．應(yīng)盡可能控制實(shí)驗(yàn)條件，即應(yīng)滿足機(jī)械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：(1)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直，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．知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理【實(shí)驗(yàn)方案2】研究沿斜面下滑物體的機(jī)械能1.實(shí)驗(yàn)器材

氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計(jì)時(shí)器、帶有遮光條的滑塊。2.實(shí)驗(yàn)裝置

如圖所示，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)，忽略空氣阻力，重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增大。知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理3.實(shí)驗(yàn)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理4.誤差分析兩光電門之間的距離稍大一些，可以減小誤差；遮光條的寬度越____，誤差越小。窄知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理【方案三】系統(tǒng)守恒1.實(shí)驗(yàn)原理：砝碼通過(guò)繞過(guò)定滑輪的細(xì)線牽連靜止放在氣墊導(dǎo)軌上的滑塊，從靜止釋放。設(shè)砝碼和托盤總質(zhì)量為m，滑塊和擋光條總質(zhì)量為M。由m1和m2組成的系統(tǒng)，m2>m1,將m2由靜止，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量等于動(dòng)能的增加量。

知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理其他創(chuàng)新設(shè)計(jì)如圖，懸掛在O點(diǎn)的小球擺到最低點(diǎn)時(shí)恰好與桌面接觸但沒(méi)有彈力，D處(箭頭所指處)放一鋒利的刀片，細(xì)線到達(dá)豎直位置時(shí)能被割斷，小球做平拋運(yùn)動(dòng)落到地面，P是一刻度尺。該方案只需利用刻度尺測(cè)量A位置到桌面的高度H、桌面到地面的高度h及小球平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移x即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒。知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其數(shù)據(jù)處理其他創(chuàng)新設(shè)計(jì)請(qǐng)嘗試說(shuō)出以下裝置如何驗(yàn)證機(jī)械能守恒？驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：機(jī)械能守恒定律的條件只有重力或彈力做功符合機(jī)械能守恒定律的條件的運(yùn)動(dòng)測(cè)量的物理量考點(diǎn)一：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)例1“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)采用重物自由下落的方法。圖1圖2(1)本實(shí)驗(yàn)中，除鐵架臺(tái)、夾子、交流電源、紙帶和重物外，還需選用的儀器是______。

A.秒表B.刻度尺C.天平D.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器考點(diǎn)一：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(2)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，得到一條紙帶如圖2所示，圖中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一點(diǎn)，可以看做重物運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，若重物的質(zhì)量為1kg，已知相鄰兩點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，圖中長(zhǎng)度單位是cm，g取9.8m/s2，則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B點(diǎn)時(shí)，重物的速度VB=______m/s。從起點(diǎn)O到打下B點(diǎn)的過(guò)程中，重物動(dòng)能的增加量△Ek=______J，重力勢(shì)能的減小量△EP=______J，經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)動(dòng)能的增加量略小于重力勢(shì)能的減少量，為什么___________________。(以上計(jì)算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)考點(diǎn)一：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(1)【答案】BD【解析】根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，需要計(jì)算重物重力勢(shì)能的減少量，所以需要刻度尺測(cè)量高度，動(dòng)能的表達(dá)式中需要有重物的速度，所以需要使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)來(lái)計(jì)算瞬時(shí)速度的大小，方程兩邊都有質(zhì)量，所以不需要天平，綜上本題選BD。(2)【答案】0.97，0.47J，0.48J，重物克服阻力做功?！窘馕觥扛鶕?jù)平均速度等于該段時(shí)間內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度可得，考點(diǎn)一：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)一：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(1)下列做法正確的有____.A.必須要稱出重物和夾子的質(zhì)量B.圖中兩限位孔必須在同一豎直線上C.將連著重物的紙帶穿過(guò)限位孔，用手提住，且讓手

盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器D.實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開(kāi)紙帶，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源E.數(shù)據(jù)處理時(shí)，應(yīng)選擇紙帶上距離較近的兩點(diǎn)作為初、

末位置B考點(diǎn)一：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(2)選取O、C兩點(diǎn)為初、末位置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，重物減少的重力勢(shì)能是______J，打下C點(diǎn)時(shí)重物的速度大小是______m/s.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)解析重物減少的重力勢(shì)能為：ΔEp＝mgh＝mg(s0＋s1)＝1×9.8×(19.00＋8.36)×10－2J≈2.68J考點(diǎn)一：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)解析在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，圖線的斜率等于g，即重力加速度，故選C.(3)根據(jù)紙帶算出打下各點(diǎn)時(shí)重物的速度v，量出下落距離s，則以

為縱坐標(biāo)、s為橫坐標(biāo)畫出的圖像應(yīng)是下列選項(xiàng)中的____.考點(diǎn)一：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)【正確答案】A考點(diǎn)二：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例2．某同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，弧形軌道末端水平，離地面的高度為H。將小鋼球從光滑軌道上的不同高度h處由靜止釋放，鋼球的落點(diǎn)與軌道末端的水平距離為x。（1）用H、x及重力加速度g表示，小球離開(kāi)軌道時(shí)的速度大小v=___________；（2）若x2與h的關(guān)系應(yīng)滿足x2=___________（用H、h等表示），便可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。答案：4Hh考點(diǎn)二：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)變式訓(xùn)練2驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)的裝置如圖所示，將輕繩拉至水平后由靜止釋放，在最低點(diǎn)附近放置一組光電門，測(cè)出小圓柱運(yùn)