高中物理实验：验证机械能守恒定律教学课件ppt

这是一份高中物理实验：验证机械能守恒定律教学课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了知识梳理，不做功，运动速度，刻度尺等内容，欢迎下载使用。
实验目标：1.理解验证机械能守恒定律的原理。会设计实验方案，确定需要测量的物理量，采用正确的方法测量相关的物理量。2.能够控制实验条件，正确进行实验操作，获取物体下落的高度和速度大小等数据，会分析动能增加量小于重力势能减少量的原因，并采取相应措施，减小实验误差。3.树立实事求是的科学态度、培养认真严谨的科学精神。
一、实验思路1．实验目的(1)验证机械能守恒定律。(2)进一步熟悉打点计时器(或光电门)的使用。
2．实验思路机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此设计实验时要考虑满足这一条件的情形。情形1：自由下落的物体只受到____作用，满足机械能守恒的条件。情形2：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，对物体______，也满足机械能守恒的条件。
二、物理量的测量根据重力势能和动能的定义，需要测量的物理量有物体的____、物体所处位置的高度以及物体的________。1．质量的测量：可用____测量。2．高度的测量：可用______测量。
3．瞬时速度的测量(1)用打点计时器打下的纸带测量：测出打n点前、后相邻两段相等时间T内物体运动的距离xn和xn＋1(或测出hn－1和hn＋1)，由公式vn＝ 或 即可得到打n点时物体的瞬时速度，如图所示。
说明：由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。
(2)用光电门测量：遮光条通过光电门时的瞬时速度等于遮光条通过光电门时的平均速度，则根据遮光条的宽度l和遮光时间Δt，可以算出物体经过光电门时的速度v＝_____。
三、数据分析方法1：计算物体在选定位置上动能与势能的和是否满足①方法2：计算重物在某两点间的动能变化和势能变化是否满足②若在误差允许范围内，等式①(或②)满足，即可验证机械能守恒。根据上述情况，有两种方案可以验证物体的机械能守恒。
方案Ⅰ　研究自由下落物体的机械能1．实验器材铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源(4～6 V)。
2．实验步骤(1)安装实验装置如图所示，将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压交流电源相连接。
(2)进行实验①将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔。用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落，打点结束后立即关闭打点计时器电源。②更换纸带重复做3～5次实验。
(3)选取纸带(分两种情况)①如果根据 验证，应选点迹清晰，所打点在同一条直线上，且第1、2两点间距离略小于2 mm的纸带。(根据 ，当t＝0.02 s时h＝1.96 mm，说明重物是在打第一个点时开始下落的。)
②如果根据 验证，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否略小于2 mm就无关紧要了，只要后面的点迹清晰就可选用。
3．数据处理方法1：利用起始点和第n点计算代入mghn和 ，如果在实验误差允许的范围内mghn和 相等，即可验证机械能守恒定律。
方法2：任取两点计算(1)任取两点A、B，测出hAB，计算出mghAB。(2)计算出 的值。(3)在实验误差允许的范围内，若 成立，即可验证机械能守恒定律。
方法3：图像法从纸带上选取多个点，测量从第一个点到选取各点的下落高度h，并计算出各点速度的二次方v2 ，然后以 为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出 图线。若在误差允许的范围内图线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。
4．实验中的注意事项(1)注意将打点计时器接在低压交流电源上，调节好振针的高度，使打出的点点迹清晰。(2)应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放纸带。(3)选择点迹清晰的纸带，最好是第1点和第2点间距离略小于2 mm的纸带。
说明：实验中要根据纸带求出重物实际下落的速度，而不能利用 或 计算。同样的道理，重物下落的高度h也只能用刻度尺直接测量，而不能用 或 计算。
5．误差分析(1)在进行长度测量时，测量及读数不准确造成误差。(2)重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。(3)由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差。
方案Ⅱ　研究沿斜面下滑物体的机械能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。实验装置如图所示。
(1)先非常仔细地把气垫导轨调成水平，然后用垫块把导轨的一端垫高h1。质量为m的滑块上面装有宽为l的挡光片，让它由导轨上端任一处滑下，测出它通过光电门G1和G2时的时间Δt1和Δt2，就可算出它由G1到G2这段过程中动能的增加量
(2)由图可知 ，由已知的L值和所取的h1、s值可算出Δh值，然后可以求出滑块由G1到G2这段过程中重力势能的减少量ΔEp＝mgΔh。(3)由实验结果可看出在误差允许的范围内ΔEp＝ΔEk，从而验证了机械能守恒定律。
说明：实验时，s值要取得适当小些，减少滑块克服阻力做的功，使ΔEp和ΔEk两个值更接近。
一、实验操作与数据处理【例1】　在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.0 kg。甲、乙、丙三个学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18 cm、0.18 cm和0.25 cm，可看出其中肯定有一个学生在操作上出现了问题，出现的问题可能是______________________。若按实验要求正确地选出纸带如图所示(相邻计数点的打点时间间隔为0.02 s)，那么：
先释放纸带后接通电源　
(1)纸带的________(选填“左”或“右”)端与重物相连。(2)打点计时器打下计数点B时，重物的速度vB______m/s。(3)从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量ΔEp＝________J，此过程中重物动能的增加量ΔEk＝________J。
(4)通过计算，数值上ΔEp________(选填“＞”“＝”或“＜”)ΔEk，这是因为___________________________________________________。(5)实验的结论是_______________________________________。(6)若实验中所用电源的频率f