人教版 (2019)必修 第二册实验：验证机械能守恒定律集体备课课件ppt

这是一份人教版 (2019)必修 第二册实验：验证机械能守恒定律集体备课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了重力或弹力，mgh1－mgh2，高度差，打点计时器，刻度尺，交流电源，同一竖直线，接通电源，mgs0＋s1，重力势能转化为内能等内容，欢迎下载使用。
1.明确验证机械能守恒定律的基本思路并能进行相关量的测量(重点)。2.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性分析产生误差的原因(重难点)。
一、实验思路机械能守恒的前提是“只有　　　　　　做功”，因此研究过程一定要满足这一条件。本节实验我们以只有重力做功的过程进行研究。二、物理量的测量及数据分析只有重力做功时，只发生重力势能和动能的转化。
(2)所需测量的物理量：物体所处两位置之间的　　　　、物体的______　　　。
三、参考案例案例1　研究自由下落物体的机械能1.实验器材铁架台(带铁夹)、　　　　　　、重物(带夹子)、纸带、复写纸(或墨粉纸盘)、导线、　　　　、　　　　　。
2.实验步骤(1)安装装置：按图甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。
(2)打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落。重复几次，得到3～5条打好点的纸带。(3)选纸带并测量：选择一条点迹清晰的纸带，确定要研究的开始和结束的位置，测量并计算出两位置之间的距离Δh及在两位置时纸带的速度，代入表达式进行验证。
3.数据处理(1)计算各点对应的瞬时速度：如图乙所示，根据公式vn＝　　　　 ，计算出某一点的瞬时速度vn。(2)验证方法方法一：利用起始点和第n点。选择开始的两点间距接近 的一条纸带，打的第一个点为起始点，如果在实验误差允许范围内 ，则机械能守恒定律得到验证。
方法二：任取两点A、B。如果在实验误差允许范围内 ，则机械能守恒定律得到验证。
方法三：图像法(如图所示)。若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为 的直线，则机械能守恒定律得到验证。
4.误差分析本实验的误差主要是测量纸带产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差。
5.注意事项(1)安装打点计时器时，要使两限位孔在　　　　　上，以减小摩擦阻力。(2)应选用质量和密度较大的重物。(3)实验时，应先　　　　　，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落。(4)本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。
案例2　研究沿斜面下滑物体的机械能1.实验器材如图所示，气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块。
2.实验步骤把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。测量两光电门之间高度差Δh和滑块通过两个光电门时的速度v1、v2，代入表达式验证。
3.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。若遮光条的宽度为ΔL，则滑块经过两光电门时的速度分别为v1＝　　，v2＝　　；(3)若在实验误差允许范围内满足　　　　　　　　　　　，则验证了机械能守恒定律。
4.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。
　用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器，打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。已知当地重力加速度为g。(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：A.按照图示安装好实验器材并连接好电源B.先打开夹子释放纸带，再接通电源打出一条纸带C.测量纸带上点迹间的距离D.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能其中操作不当的步骤是________(选填步骤前的字母)。
其中操作不当的步骤是B，正确操作应该是先接通电源，再打开夹子释放纸带，打出一条纸带。
(2)如图乙所示，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测量出点B距起点O的距离s0，点B、C间的距离为s1，点C、D间的距离为s2，若相邻两点的打点时间间隔为T，重锤质量为m，根据这些条件计算重锤从O下落到C时的重力势能减少量ΔEp＝___________，动能增加量ΔEk＝__________；在实际计算中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要是____________________________________________________________。
由于空气阻力和摩擦阻力的存在，使得一部分
重锤从O下落到C时的重力势能减少量为ΔEp＝mg(s0＋s1)。
在实际计算中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要是：由于空气阻力和摩擦阻力的存在，使得一部分重力势能转化为内能。
(3)某同学利用图中纸带，先分别测量出从A点到B、C、D、E、F、G点的距离h(其中F、G点为E点后连续打出的点，图中未画出)，再计算打出B、C、D、E、F各点时重锤下落的速度v和v2，绘制v2－h图像，并求得图线的斜率为k，如图丙所示。请说明如何根据图像验证重锤下落过程机械能是否守恒：____________________________________。
为一条不过原点且斜率接
　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过程的动能增加量为______ J，重力势能的减少量为________ J。
重力势能的减少量ΔEp减＝mgxsin 30°≈5.29 J。
(3)实验可以得出的结论：________________________________________。
在实验误差允许的范围内，滑块的机械能守恒
在实验误差允许的范围内，滑块的机械能守恒。
　用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，物块2从高处由静止开始下落，物块1上拖着的纸带打出了一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带，其中0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个计时点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示。已知物块1、2的质量分别为m1＝50 g、m2＝150 g。(电源频率为50 Hz，结果均保留两位有效数字)
(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝____ m/s。
(2)在打点0～5过程中，系统动能的增加量ΔEk＝______ J，系统重力势能的减少量ΔEp减＝______ J。(g取10 m/s2)
(3)若某同学作出的 v2－h图像如图丙所示，则当地的实际重力加速度g＝________ m/s2。
　如图所示装置可用来验证机械能守恒定律。长度为L的轻绳一端固定在O点，另一端系一摆锤A，在A上放一个小铁片。现将摆锤拉起，使轻绳偏离竖直方向θ角，由静止开始释放摆锤，当其到达最低位置时，受到竖直挡板P阻挡而停止运动，这时铁片将做平抛运动而飞离摆锤，用刻度尺量出铁片的水平位移为x，下落高度为H。(不计A与铁片间的摩擦)(1)要验证摆锤在运动中机械能守恒，必须求出摆锤初始位置离最低位置的高度，其高度为__________，同时还应求出摆锤在最低位置时的速度，其速度应为________。(重力加速度为g)
摆锤下降的高度h＝L(1－cs θ)。因摆锤与铁片一起运动到最低位置，所以摆锤在最低位置时的速度等于铁片的平抛初速度v，
(2)用实验中测量的物理量写出验证摆锤在运动中机械能守恒的关系式为__________________。
x2＝4HL(1－cs θ)
整理得x2＝4HL(1－cs θ)。
1.用自由落体法“验证机械能守恒定律”，就是看 mvn2是否等于mghn(n为计数点的编号0、1、2…n)。下列说法中不正确的是A.打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零B.hn是计数点n到起始点0的距离C.实验中不需要测量重物的质量D.可以用vn＝gtn计算vn，其中tn＝(n－1)T(T为打点周期)
打点计时器打第一个点时，重物的速度应为零，A正确；hn与vn分别表示打第n个点时重物下落的高度和对应的瞬时速度，B正确；
2.(2023·盐城市第一中学高一期中)某同学利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”的实验。(1)实验中除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是________。A.直流电源 B.刻度尺C.天平(含砝码) D.秒表
电磁打点计时器需要连接交流电源；验证机械能守恒定律表达式中重物的质量可以约掉，故不需要天平测质量；通过打点计时器可以确定计数点间的时间间隔，故不需要秒表测时间；需要用刻度尺测量纸带上计数点间的距离。故选B。
(2)实验中，需先接通电源，再由静止开始释放重物，得到如图乙所示的一条纸带。O为起始点，在纸带上选取几个连续打出的点，其中三个连续点A、B、C，测得它们到起始点O的距离如图。已知重物质量m＝1.00 kg，重力加速度g＝9.80 m/s2，打点计时器打点的周期为T＝0.02 s，那么打点计时器打下点B时，重物的速度vB＝________ m/s；重物从O点运动到B点，重力势能减少量为________ J。(结果均保留三位有效数字)
(3)上述实验数据显示重力势能的减少量略大于动能的增加量，分析产生误差的原因：__________________________(写一条即可)。
空气阻力与摩擦阻力的影响
由于空气阻力与摩擦阻力的影响，重物下落过程中，重力势能有一部分转化为内能，则重力势能的减少量略大于动能的增加量。
(4)该同学根据纸带算出了其他各点对应的瞬时速度，测出与此相对应的重物下落高度h，以h为纵坐标，以v2为横坐标，建立坐标系，作出h－v2图像，从而验证机械能守恒定律。若所有操作均正确，得到的h－v2图像的斜率为k，如图丙所示，可求得当地的重力加速度g＝_____。
3.(2022·江苏省阜宁中学高一期中)实验小组用自由落体法验证机械能守恒定律，实验装置如图。(1)下列操作或分析中正确的有________；A.实验中应选取密度大、体积小的重锤B.可以用v＝gt或v＝ 计算某点的速度
(2)实验中，小明同学选出一条清晰的纸带如图所示。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。
已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重锤的质量为m，从打O点到打B点的过程中，重锤的重力势能减少了ΔEp减＝________，重锤动能的增加量为ΔEk＝___________。
(3)小华同学利用他自己实验时打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v以及v2，根据下表中数据在图中作出v2－h图像如图所示；
依据小华同学处理数据的方法，实验需要验证的机械能守恒的表达式为_________，因此小华同学根据图像验证机械能守恒的依据是求出图像的斜率是否近似为______。
若机械能守恒，则有mgh＝ mv2，整理可得实验需要验证的机械能守恒的表达式为v2＝2gh，根据机械能守恒的表达式可知图线的斜率为k＝2g。
4.实验小组用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”实验，框架上装有两个光电门，光电门1可上下移动、光电门2固定；框架的竖直部分贴有长度有限的刻度尺，零刻度线在上端，可直接读出光电门1、2到零刻度线的距离x1、x2；框架水平部分安装了电磁铁，将质量为m的小铁球吸住，小铁球刚好处于零刻度线位置。一断电，小铁球就由静止释放，先后经过两个光电门时，与光电门连接的传感器即可测出其通过两个光电门的时间分别为t1和t2。多次改变光电门1的位置，得到多组数据。已知当地重力加速度为g。
(1)已知小铁球的直径为d，当小铁球经过光电门时光电门记录下小铁球经过光电门的时间为t，则小铁球通过光电门的速度为v＝____。
由于小铁球通过光电门的时间极短，则小铁球通过光电门的瞬时速度近似等于小铁球经过光电门的平均速度，所以速度为v＝ 。
(2)若选择刻度尺的0刻度所在高度为零势能面，则小铁球经过光电门1时的机械能表达式为______________(用x1、x2、m、v1、v2、d和g表示)。
(3)建立以 为纵轴、x2－x1为横轴的坐标系并描点连线，得出图线，如果图线为过原点的倾斜直线且斜率约为_____(用d和g表示)，则可认为在误差允许范围内小铁球的机械能守恒。
5.小胡、小黄和小丁三位同学打算利用气垫导轨验证机械能守恒定律，如图甲是他们所用的实验装置示意图。已知光电计时器可以测出滑块的挡光片通过各光电门所用的时间，回答下列问题：
(1)小胡同学测出挡光片的宽度d，记录下挡光片先后通过光电门1和2所用的时间分别为t1和t2，并用刻度尺和重垂线测得光电门1和2的竖直高度差为h，已知重力加速度为g，则可以验证滑块沿气垫导轨下滑过程机械能守恒的表达式为_______________。
(2)小黄同学认为要想实验结果更理想，可以采取以下措施，这些措施中不必要的是________。A.挡光片的宽度d适当小些B.光电门1和2的竖直高度差h适当大些C.滑块由静止释放的位置离光电门1适当远些D.每次实验滑块都要从同一位置由静止释放
滑块过光电门的速度是用挡光片通过光电门的平均速度替代，则挡光片的宽度要适当小些，以减小速度测量的误差，有必要，A不符合题意；光电门1和2的竖直高度差h适当大些，减小测量h的误差，有必要，B不符合题意；滑块由静止释放的位置离光电门1适当远些，如果太近则通过光电门的速度会太小，速度测量的误差就会增大，有必要，C不符合题意；每次实验滑块都要从同一位置由静止释放，没必要，D符合题意。
(3)小丁同学还想利用该实验数据得到当地的重力加速度g，但恰好光电门1坏了。他在实验中保持光电门1的位置不变，并使每次实验滑块都从同一位置由静止释放，改变h的大小(光电门2始终位于光电门1水平线以下)，记录挡光片通过光电门2的时间t，并作出 －h图像，如图乙所示。可知滑块每次通过光电门1所用时间为____；当地的重力加速度g＝____(用图中a、b和题中d表示)。
6.利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置示意图如图所示。
(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平。②用游标卡尺测出挡光条的宽度l＝9.30 mm。
③由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s＝________ cm。④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2。⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2。⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。
s＝80.30 cm－20.30 cm＝60.00 cm。
(2)用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式。①滑块通过光电门1和光电门2时，瞬时速度分别为v1＝____和v2＝____。
②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝______________和Ek2＝______________。
③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量ΔEp减＝________(重力加速度为g)。
在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量ΔEp减＝mgs。
(3)如果在实验误差允许的范围内，ΔEp减＝___________________________，则可认为验证了机械能守恒定律。
7.(2023·连云港市高一统考期中)某同学采用如图甲所示的装置来“验证机械能守恒定律”。实验时，该同学进行了如下操作：
(1)将质量均为M(A含挡光片、B含挂钩)的两物块用轻绳连接后，跨放在光滑的定滑轮上，处于静止状态。测量出____________(填“A的上表面”“A的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离h。
该实验需要测出A、B组成的系统在运动过程中某一位置处的速度大小，而测速用的是光电门，因此需要测出挡光片中心到光电门中心的竖直距离h。
(2)在B的下端挂上质量也为M的物块C，如图乙，让物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为Δt；测出挡光片的(挡光)宽度d，则物块A经过光电门时的速度为_____。
(3)若系统的机械能守恒，则应满足的关系式为____________(用(1)(2)中所测物理量表示，已知重力加速度为g)。
若系统的机械能守恒，则有
(4)若实验中，改变物块A到光电门的距离h，测得物块A经过光电门时的速度v，根据实验数据作出的 －h图像如图丙，则当地的重力加速度g＝________ m/s2。(结果保留三位有效数字)