高中物理（新人教必修二）：7.9《实验：验证机械能守恒定律》

欢迎进入物理课堂 高中物理新人教版必修 系列课件 7 9 实验 验证机械能守恒定律 教学目标 知识与技能1 会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度 2 掌握验证机械能守恒定律的实验原理 过程与方法通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律 体验验证过程和物理学的研究方法 情感 态度与价值观通过实验验证 体会学习的快乐 激发学习的兴趣 通过亲身实践 树立 实践是检验真理的唯一标准 的科学观 培养学生的观察和实践能力 培养学生实事求是的科学态度 教学重点 掌握验证机械能守恒定律的实验原理 教学难点 验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法 验证自由下落过程中机械能守恒 图示纸带的左端是用夹子夹重物的一端 验证机械能守恒定律 要多做几次实验 选点迹清楚 且第一 二两点间距离接近2mm的纸带进行测量 用刻度尺量出从0点到1 2 3 4 5各点的距离h1 h2 h3 h4 h5 利用 匀变速直线运动中间时刻的即时速度等于该段位移内的平均速度 算出2 3 4各点对应的即时速度v2 v3 v4 验证与2 3 4各点对应的重力势能减少量mgh和动能增加量mv2 2是否相等 由于摩擦和空气阻力的影响 本实验的系统误差总是使 本实验不需要测重物的质量 例1 验证牛顿第二定律 及 验证机械能守恒定律 这两个实验 它们的共同之处是 A 都要用打点计时器B 都要用天平测质量C 都要用刻度尺测位移D 都要计算瞬时速度 AC 练习1 在 验证机械能守恒定律 的实验中 需直接测量的物理量是 A 重物的质量B 重力加速度C 重物下落的高度D 与下落高度对应的重物的瞬时速度 C 例2 在 验证机械能守恒定律 的实验中 下列操作正确的是 A 先释放重物 后接通电源B 用秒表测量重物下落的时间C 打完一条纸带后 立即切断电源D 每打完一条纸带 活动复写纸位置 CD 练习2 在验证机械能守恒定律的实验中要用到的器材和测量仪器有 A 打点计时器B 低压交流电源C 秒表D 重锤E 铁架台和复夹F 纸带G 刻度尺H 天平 ABDEFG 例3 在下面三个力学实验中A 验证牛顿第二定律B 验证机械能守恒定律C 碰撞中的动量守恒 1 实验中要使用打点计时器的有 2 实验中要求物体通过某点即时速度的有 3 实验中必须用天平测物体质量的有 4 实验中要用刻度尺量长度的有 5 实验中需要平衡摩擦力的有 AB B AC ABC A 练习3 在 验证机械能守恒定律 的实验中 1 现有器材是 打点计时器 低压电源 纸带 带夹子的重物 刻度尺 天平 导线 铁架台 其中该实验不需要的器材是 2 实验中 要从几条打上点的纸带中挑选第一 二两点间的距离接近 mm并且点迹清晰的纸带进行测量 3 某学生在实验中器材安装正确 操作规范 所用交流电的频率为50Hz 但验证结果是重物增加的动能稍小于它减少的重力势能 其主要原因是 天平 h gt2 2 10 0 022 2 0 002m 2mm 纸带受到的摩擦和空气阻力做负功 例4 某学生在验证机械能守恒定律的实验中有如下操作步骤 试按合理的顺序步骤序号填在下面的线上 A 断开电源 取下纸带 选出前两个点间距离接近2mm的纸带 B 把纸带固定在重锤上 C 将纸带穿过打点计时器 并把纸带上提使重锤停在靠近打点计时器的地方 D 把打点计时器固定在放于桌边的铁架台上 并与低压交流电源相连接 E 接通电源 同时释放纸带 F 求出重锤重力势能的减少量 EP和动能的增加量 EK 比较 EP和 EK得出实验结论 G 用刻度尺量出所选取的计数点到打下的第一个点0之间的距离 DBCEAGF 练习4 在验证机械能守恒定律的实验中 A 带重锤的纸带穿过打点计时器 用手将纸带竖直提起B 用天平测出重锤的质量C 把打点计时器竖直固定在铁架台上D 把打点计时器接上低压交流电源E 松开纸带 使重锤自由下落F 闭合电键G 重做几次 选出第一 二点间距离接近2mm 点子清晰的纸带H 在纸带上 记下第一个点的位置0 并在纸带上依次选取几个点标出0 1 2 3 I 计算出与各点对应的速度V1 V2 和测出各点到0点的距离h1 h2 把数据填入表格J 算出重物运动到点1 2 3 时减少的重力势能以及增加的动能 进行验证 在上述步骤中不必要的是 将必要的步骤前面的字母按合理的顺序排列出来 C D A F E G H I J B 例5 在用自由落体运动验证机械能守恒定律的实中 1 若用公式v gt计算瞬时速度进行验证 打点计时器所接交流的频率为50Hz 甲 乙两条实验纸带 应选 纸带为好 图 2 若通过测量纸带上某两点间距离来计算瞬时速度进行验证的话 设已测得点2到4点之间距离为S1 点0到点3之间距离为S2 打点周期为T 为验证自重物开始下落到打点计时器打下点3这段时间内机械能守恒 实验结果应满足S1 S2 T之间的关系为 3 重物选取的原则应是 甲 S2 S12 8gT2 重力远远大于阻力 练习5 在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中 物体从静止落下 并在纸带上打下从0开始的一系列的点 已知所用电源频率为50Hz 每打5个点取一个计数点 各计数点与第一个点0之间的距离见下表 1 则实验所测重力加速度值为 2 计数点2所对应的即时速度值为 3 实验中是否需要测出重物质量 因为 9 77m s2 197 95cm s 不需要 实验并不需要知道动能和势能的具体数值 根据mgh mv2 2可消去m 例6 为了验证物体在自由下落过程中机械能是守恒的 将m 0 5kg的重物系上一纸带 并将纸带穿过打点计时器 当重物自由下落时 得到如图所示的记录纸带 已知打点周期T 0 02s 设当地的重力加速度g 9 9m s2 计算打A B两点时重物下落的速率VA VB 以A B两点为例 验证机械能是否守恒 Ek mgh 结论 1 5m s 2 1m s 0 54J 0 53J 在误差允许范围内机械能守恒 练习6 斜面长100cm 高60cm 某同学以质量为400g的小车沿斜面下滑来验证机械能守恒定律 他从记录小车运动的打点纸带上选取了A B C D四个计数点 已知每相邻两点间对应的时间间隔为0 1s A与B B与C C与D之间的距离分别为10cm 15cm 20cm 则小车由纸带上对应打B点时运动到打C点时 小车动能增加了 J 重力势能减小了 J 实际上此过程机械能并不守恒是由于 若减小斜面倾角 将使本实验的误差 填 增大 减小 不变 增大 0 3 0 35 摩擦力对小车做了功 例七 在 验证机械能守恒定律 的实验中 已知打点计时器所用电源的频率为50Hz 查得当地的重力加速度g 9 80m s2 测得所用的重物的质量为1 00kg 实验运用公式mv2 2 mgh时 从几条打上点的纸带中挑选第一第二点间的距离接近 mm并且点迹清楚的纸带 如图所示 进行测量 把第一个点记作O 另选连续的4个点A B C D作为测量的点 经测量知道A B C D各点到O点的距离分别19 63cm 23 74cm 28 22cm 33 12cm 根据以上数据 可知重物由O点运动到B点 重力势能的减少量等于 J 动能的增加量等于 J 取3位有效数字 2 2 33 2 31 练习7 在重锤带动纸带自由下落 用打点计时器验证机械能守恒的实验时 打点计时器打出的纸带如下图所示 重锤的质量用m表示 根据纸带上的数据 重锤在B点的动能是 重锤在E点的动能是 在上述过程中 重锤重力势能变化是 记数点A B C F均为相邻的打点 2 47m J 3 94m J 1 48m J 练习8 在验证机械能守恒定律时 将重物自由下落 纸带记录如图所示 计算结果取2位有效数字 T 0 02s图中纸带左端为与重物相连端 0点为重物静止时所记录的点 ABC三个记数点为打点计时之点 则重物下落hB距离时 其速度VB可用计算式VB 进行计算 根据图示数据求出VB m s 重物重力势能减少量为 动能增加量为 两者不完全相同的原因是 实验中需要的测量仪器是 AB BC 2T 1 6 1 5J 1 3J 打点计时器 刻度尺 下落过程中 重物克服摩擦和空气阻力做功 部分机械能转化为内能 再见 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全