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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多媒体教学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多媒体教学ppt课件，文件包含85实验验证机械能守恒定律pptx、《85实验验证机械能守恒定律》学案docx等2份课件配套教学资源，其中PPT共46页， 欢迎下载使用。
1.通过对实验思路和方案的思考分析,进一步理解机械能守恒定律。2.通过动手做实验,掌握实验的操作技能，提升动手能力.
1、什么叫机械能守恒？2、机械能守恒的条件是什么？3、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？
4、质量为m的物体从O点自由下落，以地面为零参考面，经过A、B两点的 速度分别为VA和VB，A、B两点距地面的高度分别为hA、hB。如何推导机械能守恒的表达式？
5、我们可以通过什么样的实验来验证这一定律呢？
实验目的：验证机械能守恒定律
问题：你觉得我们要按照什么样的思路设计实验验证，我们如何设计实验方案。
实验方案设计及其数据处理
【实验原理】物体自由下落时，如果不计空气阻力，物体的机械能守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。
（2）若以重物下落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA 再测出物体由A点下落△h后经过B点的速度vB ,则在误差允许范围内，若有 即验证了机械能守恒定律。
打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。
（1）把打点计时器安装在铁架台上，并接好学生电源。（2）把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近。 （3）接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应该在纸带上打出一系列的点。（4）重复上一步的过程，打三到五条纸带。
（5）选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高h1、h2、h3、……记入表格中。
（6）用公式vn=（hn+1+hn-1）/2t，计算出各点的瞬时速度v1、v2、v3……并记录在表中。（7）计算各点的重力势能的减少量mgh和动能的增加量1/2mvn2，并进行比较．看是否相等，将数值填入表格内。
问题1：本实验要不要测量物体的质量？
方程两边都有质量m，可约去，可不测量物体的质量。
如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。
问题2：如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？
问题3：可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用起始点吗）?
EKA＋mgΔh＝EKB
做匀变速运动的纸带上，某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。
问题4：如何测物体的瞬时速度?
（1)利用v=gt求瞬时速度，因重物下落过程中受阻力影响，重物实际加速度比g小，如果用v=gt来求瞬时速度，会导致计算出的速度比实际值大，从而导致△Ek大于△ EP，与事实不符；
该图象的斜率表示什么？
结论：若在误差允许的范围内，图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。
思考：为什么重物的重力势能减少量略大于动能的增加量？ 如何减小它们之间的误差？
(1)重物下落过程中克服阻力做功。
阻力来源：（1）重物下落过程中受空气阻力；（2）纸带与打点计时器之间存在摩擦阻力。
(2)减小误差的措施：（1）减小重物下落时受到的空气阻力（选择体积小、密度大的重物）；
（2）用电火花计时器代替电磁打点计时器；（3）安装打点计时器时保证两个限位孔竖直；（4）释放纸带时，保证纸带竖直。
（1）实验中安装打点计时器时，限位孔必须在同一竖直直线上，以减少摩擦阻力，计时器离地面的高度约1m，实验用的纸带60-80cm。（2）实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常以后，才能松开纸带，让重物落下。（3）纸带上端要用手提着静止，这样保证下落时的速度v为0。并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点。
（4）测量下落高度时，都必须从起点算起，为了减小测量h值的误差，选取的各计数点要离起始点远些。（5）实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力（注意是打点计时器的阻力）做功，所以动能的增加量∆Ek一定小于重力势能的减少量∆Ep。（6）铁架台上固定打点计时器的夹子不可伸出太长， 以防铁架台翻到。
利用气垫导轨和数字计时器记录物体沿光滑斜面下滑的运动过程。气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间 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。
（1）按如图所示安装实验装置。（2）把气垫导轨调成倾斜状态，将滑块从导轨最高一端静止释放。（3）测量滑块和挡光片的质量，用光电门测量滑块的瞬时速度。 （4）测量滑块下降的高度 Δh 和初、末速度 v1、v2。
4.物理量的测量及数据处理(1)测量两光电门之间的高度差Δh；(2)根据滑块经过两光电门时遮光条的遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度.
5.误差分析两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越小，误差越小.
砝码通过绕过定滑轮的细线牵连静止放在气垫导轨上的滑块，从静止释放。设砝码和托盘总质量为m，滑块和挡光条总质量为M。
由m1和m2组成的系统，m2>m1,将m2由静止，系统重力势能的减少量等于动能的增加量。
如图，悬挂在O点的小球摆到最低点时恰好与桌面接触但没有弹力，D处(箭头所指处)放一锋利的刀片，细线到达竖直位置时能被割断，小球做平抛运动落到地面，P是一刻度尺。该方案只需利用刻度尺测量A位置到桌面的高度H、桌面到地面的高度h及小球平抛运动的水平位移x即可验证机械能守恒。
请尝试说出以下装置如何验证机械能守恒？
验证机械能守恒定律的实验设计思路：
符合机械能守恒定律的条件的运动
1.(2019·双峰一中高一下学期期末)某同学用如图4甲所示装置“验证机械能守恒定律”时，所用交流电源的频率为50 Hz，得到如图乙所示的纸带.选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s0＝19.00 cm，点A、C间的距离为s1＝8.36 cm，点C、E间的距离为s2＝9.88 cm，g取9.8 m/s2，测得重物的质量为m＝1 kg.
(1)下列做法正确的有____.A.必须要称出重物和夹子的质量B.图中两限位孔必须在同一竖直线上C.将连着重物的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手 尽量靠近打点计时器D.实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源E.数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、 末位置
(2)选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是______J，打下C点时重物的速度大小是______m/s.(结果均保留三位有效数字)
解析 重物减少的重力势能为：ΔEp＝mgh＝mg(s0＋s1)＝1×9.8×(19.00＋8.36)×10－2 J≈2.68 J
(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离s，则以 为纵坐标、s为横坐标画出的图像应是下列选项中的____.
解析 在验证机械能守恒定律的实验中，
图线的斜率等于g，即重力加速度，故选C.
2.现利用如图所示装置“验证机械能守恒定律”.图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的数字计时器都没有画出.让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的数字计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2 s、2.00×10－2 s.已知滑块质量为2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门1和2之间的距离为0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度.(结果均保留三位有效数字)(1)滑块通过光电门1时的速度v1＝______ m/s，通过光电门2时的速度v2＝_____ m/s.
(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为______ J，重力势能的减少量为______ J.
重力势能的减少量：ΔEp＝mgssin 30°≈5.29 J.
(3)实验可以得出的结论：_______________________________.
解析 在实验误差允许的范围内，滑块的机械能守恒.
3.（2021·江苏南京一中高三月考）如图是“验证机械能守恒定律”的装置，气垫导轨上安装了1、2两个光电门，滑块上固定一竖直遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连，细线与导轨平行。在调整气垫导轨水平时，滑块不挂钩码和细线，接通气源后，给滑块一个初速度，使它从轨道右端向左运动，发现滑块通过光电门2的时间大于通过光电门1的时间。为使气垫导轨水平，可采取的措施是（ A）A．调节P使轨道左端升高一些B．调节P使轨道左端降低一些C．遮光条的宽度应适当大一些D．滑块的质量增大一些
4.利用如图所示的装置探究系统机械能守恒，在滑块B上安装宽度为L(较小)的遮光板(遮光板质量忽略不计)，把滑块B放在水平放置的气垫导轨上，通过跨过定滑轮的绳与钩码A相连，连接好光电门与数字毫秒计，两光电门间距离用s表示.数字毫秒计能够记录遮光板先后通过两个光电门的时间Δt1、Δt2，当地的重力加速度为g.请分析回答下列问题：(做匀变速直线运动物体极短时间内的平均速度近似为该时间段内任意时刻的瞬时速度)
钩码A的质量mA、滑块B的质量mB
(2)滑块先后通过两个光电门时的瞬时速度v1＝____、v2＝____(用题中已给或所测的物理量符号来表示)；(3)在本实验中，验证机械能守恒的表达式为____________________________________(用题中已给或所测的物理量符号来表示).
(1)为完成验证机械能守恒的实验，除了上面提到的相关物理量之外，还需要测量的量有 (均用字母符号表示，并写清每个符号表示的物理意义)；
5.利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示.水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上有一装有长方形挡光片的滑块，总质量为M，滑块左端由跨过光滑轻质定滑轮的细绳和一质量为m的小球相连.导轨上的B点有一光电门，可以测量挡光片经过光电门的时间t.实验时滑块由A处静止释放，用L表示A、B两点间的距离，d表示挡光片的宽度.
(1)某次实验导轨的倾角为θ，设重力加速度为g，则滑块从A点到通过B点时m和M组成的系统的动能增加量ΔEk＝________，系统的重力势能减少量ΔEp＝______________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒.
mgL－MgLsin θ
系统的重力势能减少量为：ΔEp＝mgL－MgLsin θ
(2)设滑块经过B点的速度为v，某同学通过改变A、B间的距离L，测得倾角θ＝37°时滑块的v2－L的关系如图乙所示，并测得M＝0.5m，则重力加速度g＝______ m/s2(结果保留两位有效数字，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8).
1.通过对实验思路和方案的思考分析,进一步理解机械能守恒定律。2.通过动手做实验,掌握实验的操作技能，提升动手能力.
1、什么叫机械能守恒？2、机械能守恒的条件是什么？3、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？
4、质量为m的物体从O点自由下落，以地面为零参考面，经过A、B两点的 速度分别为VA和VB，A、B两点距地面的高度分别为hA、hB。如何推导机械能守恒的表达式？
5、我们可以通过什么样的实验来验证这一定律呢？
实验目的：验证机械能守恒定律
问题：你觉得我们要按照什么样的思路设计实验验证，我们如何设计实验方案。
实验方案设计及其数据处理
【实验原理】物体自由下落时，如果不计空气阻力，物体的机械能守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。
（2）若以重物下落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA 再测出物体由A点下落△h后经过B点的速度vB ,则在误差允许范围内，若有 即验证了机械能守恒定律。
打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。
（1）把打点计时器安装在铁架台上，并接好学生电源。（2）把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近。 （3）接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应该在纸带上打出一系列的点。（4）重复上一步的过程，打三到五条纸带。
（5）选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高h1、h2、h3、……记入表格中。
（6）用公式vn=（hn+1+hn-1）/2t，计算出各点的瞬时速度v1、v2、v3……并记录在表中。（7）计算各点的重力势能的减少量mgh和动能的增加量1/2mvn2，并进行比较．看是否相等，将数值填入表格内。
问题1：本实验要不要测量物体的质量？
方程两边都有质量m，可约去，可不测量物体的质量。
如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。
问题2：如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？
问题3：可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用起始点吗）?
EKA＋mgΔh＝EKB
做匀变速运动的纸带上，某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。
问题4：如何测物体的瞬时速度?
（1)利用v=gt求瞬时速度，因重物下落过程中受阻力影响，重物实际加速度比g小，如果用v=gt来求瞬时速度，会导致计算出的速度比实际值大，从而导致△Ek大于△ EP，与事实不符；
该图象的斜率表示什么？
结论：若在误差允许的范围内，图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。
思考：为什么重物的重力势能减少量略大于动能的增加量？ 如何减小它们之间的误差？
(1)重物下落过程中克服阻力做功。
阻力来源：（1）重物下落过程中受空气阻力；（2）纸带与打点计时器之间存在摩擦阻力。
(2)减小误差的措施：（1）减小重物下落时受到的空气阻力（选择体积小、密度大的重物）；
（2）用电火花计时器代替电磁打点计时器；（3）安装打点计时器时保证两个限位孔竖直；（4）释放纸带时，保证纸带竖直。
（1）实验中安装打点计时器时，限位孔必须在同一竖直直线上，以减少摩擦阻力，计时器离地面的高度约1m，实验用的纸带60-80cm。（2）实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常以后，才能松开纸带，让重物落下。（3）纸带上端要用手提着静止，这样保证下落时的速度v为0。并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点。
（4）测量下落高度时，都必须从起点算起，为了减小测量h值的误差，选取的各计数点要离起始点远些。（5）实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力（注意是打点计时器的阻力）做功，所以动能的增加量∆Ek一定小于重力势能的减少量∆Ep。（6）铁架台上固定打点计时器的夹子不可伸出太长， 以防铁架台翻到。
利用气垫导轨和数字计时器记录物体沿光滑斜面下滑的运动过程。气垫导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间 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。
（1）按如图所示安装实验装置。（2）把气垫导轨调成倾斜状态，将滑块从导轨最高一端静止释放。（3）测量滑块和挡光片的质量，用光电门测量滑块的瞬时速度。 （4）测量滑块下降的高度 Δh 和初、末速度 v1、v2。
4.物理量的测量及数据处理(1)测量两光电门之间的高度差Δh；(2)根据滑块经过两光电门时遮光条的遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度.
5.误差分析两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越小，误差越小.
砝码通过绕过定滑轮的细线牵连静止放在气垫导轨上的滑块，从静止释放。设砝码和托盘总质量为m，滑块和挡光条总质量为M。
由m1和m2组成的系统，m2>m1,将m2由静止，系统重力势能的减少量等于动能的增加量。
如图，悬挂在O点的小球摆到最低点时恰好与桌面接触但没有弹力，D处(箭头所指处)放一锋利的刀片，细线到达竖直位置时能被割断，小球做平抛运动落到地面，P是一刻度尺。该方案只需利用刻度尺测量A位置到桌面的高度H、桌面到地面的高度h及小球平抛运动的水平位移x即可验证机械能守恒。
请尝试说出以下装置如何验证机械能守恒？
验证机械能守恒定律的实验设计思路：
符合机械能守恒定律的条件的运动
1.(2019·双峰一中高一下学期期末)某同学用如图4甲所示装置“验证机械能守恒定律”时，所用交流电源的频率为50 Hz，得到如图乙所示的纸带.选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s0＝19.00 cm，点A、C间的距离为s1＝8.36 cm，点C、E间的距离为s2＝9.88 cm，g取9.8 m/s2，测得重物的质量为m＝1 kg.
(1)下列做法正确的有____.A.必须要称出重物和夹子的质量B.图中两限位孔必须在同一竖直线上C.将连着重物的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手 尽量靠近打点计时器D.实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源E.数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、 末位置
(2)选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是______J，打下C点时重物的速度大小是______m/s.(结果均保留三位有效数字)
解析 重物减少的重力势能为：ΔEp＝mgh＝mg(s0＋s1)＝1×9.8×(19.00＋8.36)×10－2 J≈2.68 J
(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离s，则以 为纵坐标、s为横坐标画出的图像应是下列选项中的____.
解析 在验证机械能守恒定律的实验中，
图线的斜率等于g，即重力加速度，故选C.
2.现利用如图所示装置“验证机械能守恒定律”.图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的数字计时器都没有画出.让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的数字计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2 s、2.00×10－2 s.已知滑块质量为2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门1和2之间的距离为0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度.(结果均保留三位有效数字)(1)滑块通过光电门1时的速度v1＝______ m/s，通过光电门2时的速度v2＝_____ m/s.
(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为______ J，重力势能的减少量为______ J.
重力势能的减少量：ΔEp＝mgssin 30°≈5.29 J.
(3)实验可以得出的结论：_______________________________.
解析 在实验误差允许的范围内，滑块的机械能守恒.
3.（2021·江苏南京一中高三月考）如图是“验证机械能守恒定律”的装置，气垫导轨上安装了1、2两个光电门，滑块上固定一竖直遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连，细线与导轨平行。在调整气垫导轨水平时，滑块不挂钩码和细线，接通气源后，给滑块一个初速度，使它从轨道右端向左运动，发现滑块通过光电门2的时间大于通过光电门1的时间。为使气垫导轨水平，可采取的措施是（ A）A．调节P使轨道左端升高一些B．调节P使轨道左端降低一些C．遮光条的宽度应适当大一些D．滑块的质量增大一些
4.利用如图所示的装置探究系统机械能守恒，在滑块B上安装宽度为L(较小)的遮光板(遮光板质量忽略不计)，把滑块B放在水平放置的气垫导轨上，通过跨过定滑轮的绳与钩码A相连，连接好光电门与数字毫秒计，两光电门间距离用s表示.数字毫秒计能够记录遮光板先后通过两个光电门的时间Δt1、Δt2，当地的重力加速度为g.请分析回答下列问题：(做匀变速直线运动物体极短时间内的平均速度近似为该时间段内任意时刻的瞬时速度)
钩码A的质量mA、滑块B的质量mB
(2)滑块先后通过两个光电门时的瞬时速度v1＝____、v2＝____(用题中已给或所测的物理量符号来表示)；(3)在本实验中，验证机械能守恒的表达式为____________________________________(用题中已给或所测的物理量符号来表示).
(1)为完成验证机械能守恒的实验，除了上面提到的相关物理量之外，还需要测量的量有 (均用字母符号表示，并写清每个符号表示的物理意义)；
5.利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示.水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上有一装有长方形挡光片的滑块，总质量为M，滑块左端由跨过光滑轻质定滑轮的细绳和一质量为m的小球相连.导轨上的B点有一光电门，可以测量挡光片经过光电门的时间t.实验时滑块由A处静止释放，用L表示A、B两点间的距离，d表示挡光片的宽度.
(1)某次实验导轨的倾角为θ，设重力加速度为g，则滑块从A点到通过B点时m和M组成的系统的动能增加量ΔEk＝________，系统的重力势能减少量ΔEp＝______________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒.
mgL－MgLsin θ
系统的重力势能减少量为：ΔEp＝mgL－MgLsin θ
(2)设滑块经过B点的速度为v，某同学通过改变A、B间的距离L，测得倾角θ＝37°时滑块的v2－L的关系如图乙所示，并测得M＝0.5m，则重力加速度g＝______ m/s2(结果保留两位有效数字，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8).
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