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高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律教课内容ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律教课内容ppt课件，共31页。PPT课件主要包含了实验思路，物理量的测量，数据分析，参考案例1，参考案例2，练习与应用等内容，欢迎下载使用。
机械能守恒定律告诉我们，在只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能相互转化时总的机械能保持不变。下面我们通过实验来研究物体运动过程中动能与重力势能的变化，从而验证机械能守恒定律。
机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此研究过程一定要满足这一条件。想一想，满足这一条件的过程有哪些?
自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力与物体位移方向垂直(图8.5-1)对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。
用细线悬挂的小球摆动时，细线的拉力与小球的运动方向垂直，对物体不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。
你也可以考虑其他情形来验证机械能守恒定律。在设计实验时还应考虑:重物下落或小球摆动时会受空气阻力的作用，斜面也会有阻力，有哪些方法可以减小阻力的影响?
研究对象确定后，还需要明确所需测量的物理量和实验器材。根据重力势能和动能的定义，很自然地想到，需要测量物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度这三个物理量。
根据选定的实验方案设计相应的表格记录实验数据计算物体在选定位置上动能与势能的和是否满足。也可以计算重物在某两点间的动能变化和势能变化是否满足
本实验我们提供物体做自由落体运动及沿光滑斜面下滑这两种方案。
研究自由下落物体的机械能实验装置如图8.5-2所示。利用打点计时器记录重物自由下落的运动过程。
物体的质量可以用天平测出。纸带上某两点的距离等于物体下落的高度差△h，这样就能得到物体下落过程中重力势能的变化。
物体的瞬时速度可以用大家熟悉的方法从纸带测出，从而得到它在各点的动能。比较重物在某两点间动能的变化与重力势能的变化就能验证机械能是否守恒。
实验中需要注意的问题：1.重物下落过程中，除了重力外会受到哪些阻力?怎样减少这些阻力对实验的影响?2.重物下落时，最好选择哪两个位置作为过程的开始和结束的位置?
自由落体运动是匀变速直线运动。因此，也可以用一种更简单、更准确的方法测量物体下落时的瞬时速度。如图8.5-3，A、B、C是记录做匀加速直线运动物体的纸带上相邻的三个点。
根据学过的匀变速直线运动的规律可知，物体某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即
研究沿斜面下滑物体的机械能本案例中，我们利用气垫导轨和数字计时器记录物体沿光滑斜面下潜的运动过程。
气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使滑块与导轨之间有一层薄薄的空气层，两者不会直接接触。这样，滑块运动时受到的阻力很小，实验的精确度能大大提高。
计时系统的工作要借助于光源和光敏管(统称光电门 )。光源与光敏管相对，它射出的光使光敏管感光。当滑块经过时，其上的遮光条把光遮住，与光敏管相连的电子电路自动记录遮光时间，通过数码屏显示出来。
根据遮光条的宽度和遮光时间，可以算出滑块经过时的速度。因为这样的计时系统可以测出0.001 的时间，并且能直接以数字显示，所以又叫数字毫秒计。
实验装置如图8.5-4所示。实验操作中，把气垫导轨调成倾斜状态，滑决沿倾斜的气垫导轨下滑时，重力势能减小，动能增大。测量滑决和遮光条的质量，用光电门测量滑块的瞬时速度。测量滑块下降的高度△h和初、末速度v1、 v2 ，就可以验证机械能是否守恒。
1.利用图8.5-2的装置做“验证机械能守恒定律”实验。(1) 除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是____________。A.交流电源 B.刻度尺 C.天平(含砝码)
(2)实验中，先楼道电源，再释放重物，得到图8.5-5所示的一条纸带。在级带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点0的距离分别为hA 、 hB 、 hC
己知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化了多少? 动能变化了多少?(3)很多实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增加量，你认为原因是什么?
2.图8.5-6为一种利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”的实脸装置。主要实验步骤如下:A.将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平。B.测出诞光条的宽度d。C.将滑块移至图示位置，测出追光条到光电门的距离lD.释放滑块，读出遮光条道过光电门的逸光时间t。E.用天平称出托盘和砝码的总质量m
回答下列问题(1)在滑块从静止释放到运动到光电门的过程中，系统的重力势能减少了多少?(2)为验证机械能守恒定律，还需要测量哪个物理量?
(3)若要符合机械能守恒定律的结论，以上测得的物理量应该满足怎样的关系?
机械能守恒定律告诉我们，在只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能相互转化时总的机械能保持不变。下面我们通过实验来研究物体运动过程中动能与重力势能的变化，从而验证机械能守恒定律。
机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此研究过程一定要满足这一条件。想一想，满足这一条件的过程有哪些?
自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力与物体位移方向垂直(图8.5-1)对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。
用细线悬挂的小球摆动时，细线的拉力与小球的运动方向垂直，对物体不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。
你也可以考虑其他情形来验证机械能守恒定律。在设计实验时还应考虑:重物下落或小球摆动时会受空气阻力的作用，斜面也会有阻力，有哪些方法可以减小阻力的影响?
研究对象确定后，还需要明确所需测量的物理量和实验器材。根据重力势能和动能的定义，很自然地想到，需要测量物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度这三个物理量。
根据选定的实验方案设计相应的表格记录实验数据计算物体在选定位置上动能与势能的和是否满足。也可以计算重物在某两点间的动能变化和势能变化是否满足
本实验我们提供物体做自由落体运动及沿光滑斜面下滑这两种方案。
研究自由下落物体的机械能实验装置如图8.5-2所示。利用打点计时器记录重物自由下落的运动过程。
物体的质量可以用天平测出。纸带上某两点的距离等于物体下落的高度差△h，这样就能得到物体下落过程中重力势能的变化。
物体的瞬时速度可以用大家熟悉的方法从纸带测出，从而得到它在各点的动能。比较重物在某两点间动能的变化与重力势能的变化就能验证机械能是否守恒。
实验中需要注意的问题：1.重物下落过程中，除了重力外会受到哪些阻力?怎样减少这些阻力对实验的影响?2.重物下落时，最好选择哪两个位置作为过程的开始和结束的位置?
自由落体运动是匀变速直线运动。因此，也可以用一种更简单、更准确的方法测量物体下落时的瞬时速度。如图8.5-3，A、B、C是记录做匀加速直线运动物体的纸带上相邻的三个点。
根据学过的匀变速直线运动的规律可知，物体某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即
研究沿斜面下滑物体的机械能本案例中，我们利用气垫导轨和数字计时器记录物体沿光滑斜面下潜的运动过程。
气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使滑块与导轨之间有一层薄薄的空气层，两者不会直接接触。这样，滑块运动时受到的阻力很小，实验的精确度能大大提高。
计时系统的工作要借助于光源和光敏管(统称光电门 )。光源与光敏管相对，它射出的光使光敏管感光。当滑块经过时，其上的遮光条把光遮住，与光敏管相连的电子电路自动记录遮光时间，通过数码屏显示出来。
根据遮光条的宽度和遮光时间，可以算出滑块经过时的速度。因为这样的计时系统可以测出0.001 的时间，并且能直接以数字显示，所以又叫数字毫秒计。
实验装置如图8.5-4所示。实验操作中，把气垫导轨调成倾斜状态，滑决沿倾斜的气垫导轨下滑时，重力势能减小，动能增大。测量滑决和遮光条的质量，用光电门测量滑块的瞬时速度。测量滑块下降的高度△h和初、末速度v1、 v2 ，就可以验证机械能是否守恒。
1.利用图8.5-2的装置做“验证机械能守恒定律”实验。(1) 除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是____________。A.交流电源 B.刻度尺 C.天平(含砝码)
(2)实验中，先楼道电源，再释放重物，得到图8.5-5所示的一条纸带。在级带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点0的距离分别为hA 、 hB 、 hC
己知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m，从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化了多少? 动能变化了多少?(3)很多实验结果显示，重力势能的减少量略大于动能的增加量，你认为原因是什么?
2.图8.5-6为一种利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”的实脸装置。主要实验步骤如下:A.将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平。B.测出诞光条的宽度d。C.将滑块移至图示位置，测出追光条到光电门的距离lD.释放滑块，读出遮光条道过光电门的逸光时间t。E.用天平称出托盘和砝码的总质量m
回答下列问题(1)在滑块从静止释放到运动到光电门的过程中，系统的重力势能减少了多少?(2)为验证机械能守恒定律，还需要测量哪个物理量?
(3)若要符合机械能守恒定律的结论，以上测得的物理量应该满足怎样的关系?
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