人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律备课ppt课件

这是一份人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律备课ppt课件，共50页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，课堂·重难探究，实验原理和过程，小练·随堂巩固等内容，欢迎下载使用。
一、实验目的验证机械能守恒定律．二、实验思路机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，因此可用小球自由落体的过程、物体沿光滑斜面下滑的过程和细线悬挂小球摆动的过程来验证机械能守恒定律．
三、物理量的测量利用天平、打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线等，测量物体的质量、下降的高度及运动的速度．四、实验步骤1．安装：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与低压交流电源相连接．
2．接电源，打点：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近．接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落．重复几次，打下3～5条纸带．3．选纸带：选取点迹较为清晰的纸带，挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上O、A、B、C、…4．数据测量：测出点O到点A、点B、点C、……的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3、…
六、注意事项1．安装打点计时器时，必须使两个限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力．2．应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小．3．实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动．接通电源后，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点．
七、误差分析1．本实验的误差主要来自空气阻力及纸带和计时器限位孔之间的摩擦，故重力势能的减少量应等于动能增加量和克服阻力做功之和，所以动能的增加量应略小于重力势能的减少量．2．偶然误差．测量长度时会带来误差，减小误差的办法是：(1)测距离时都应从打第一个点(O点)量起．(2)多测几次取平均值．
3．系统误差．实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量ΔEk必定稍小于重力势能的减少量ΔEp，减小误差的办法是：(1)增大重物的质量；(2)减小器材摩擦，打点计时器换成电火花计时器．
例1　用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压有6 V的交流电和直流电两种，重物从高处由静止开始下落，重物拖着纸带通过打点计时器打出一系列的点．对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律．
(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：A．按照图示的装置安装器材；B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；C．用天平测出重物的质量；D．释放纸带，同时接通电源开关打出一条纸带；E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
其中没有必要进行或者操作错误的步骤是______．(将其选项对应的字母填在横线处)
【答案】(1)BCD　(2)过原点的倾斜直线　重力加速度g
变式1　(2023年浙江学业考试)在“验证机械能守恒定律”的实验中：(1) 3位同学选用图甲所示的打点计时器，则应按__________(填“乙”“丙”或“丁”)同学的方法连接电源．
(2)释放纸带前，正确的操作方式是______．
(3)本实验中，下列说法正确的是________.A．可选用木质重物作为研究对象B．安装打点计时器时，应使两个限位孔处于同一条直线上C．重物的质量可以不测量D．可以根据v＝gt来计算重物在t时刻的瞬时速度【答案】(1)丙　(2)　C　(3)BC【解析】(1)图甲所示的打点计时器为电磁打点计时器，工作电压为交变电压4～6 V，所以选择图丙所示的方法连接电源．
(2) 释放纸带前，用手提着纸带，使重物静止在打点计时器下方，让重物紧靠着打点计时器下方，且纸带要足够长，A、B、D错误，C正确．(3)木质重物的密度较小，所受到的空气阻力较大，会对实验结果造成很大的误差，故不选用木制重物作为研究对象，A错误；安装打点计时器时，应使两个限位孔处于同一条直线上，B正确；重物的质量可以不测，C正确；计算重物在t时刻的瞬时速度是根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度来计算的，D错误．
例2　某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和40 Hz.打出纸带的一部分如图乙所示．
实验数据处理和误差分析
该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他题给条件进行推算．(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落．利用f和图乙中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为____________.打出C点时重物下落的速度大小为____________，重物下落的加速度大小为____________．(2)已测得s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm；当地重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出频率f为________Hz.
变式2　(2023年广州天河期末)利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验中，某同学用如图甲所示的实验装置，让重物从高处由静止开始下落，拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，从而验证机械能守恒定律．(1)下列有关实验过程的要求，说法正确的是________．A．将打点计时器固定在铁架台上，保证打点计时器的两个限位孔在同一条竖直线上
B．把纸带的一端固定到重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带上端并将下端的重物靠近打点计时器，先接通直流电源再释放纸带C．打出多条纸带，选择点迹清晰且第1、2点间的距离接近4 mm的纸带进行处理D．该验证实验不需要用天平称出重物的质量
(2)该同学按图甲所示，正确安装实验装置进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带进行测量，数据如图乙所示．
图中O点为打点起始点，且速度为0.若已知重物质量m＝1 kg，图中相邻计数点的时间间隔为0.04 s，从打点计时器打下起点O到打下C点的过程中，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，由此可得到：在误差允许的范围内，重物自由下落过程中的机械能守恒(g取10 m/s2，计算结果均保留四位有效数字).经过多次实验，发现重力势能的减小量总是稍大于动能的增加量，其原因是__________________________．【答案】(1)AD　(2)3.250　3.125　重物下落过程中存在阻力作用
例3　(2023年中山期中)如图所示，某实验小组在实验室中利用水平气垫导轨和两个光电门计时器A和B验证质量为M的滑块(含遮光条)和质量为m的钩码组成的系统机械能守恒.
气垫导轨和光电计时器的使用
已知遮光条的宽度为d，先后通过A、B光电门的时间分别为Δt1、Δt2，光电门A、B之间的距离为s.滑块运动通过光电门B时，钩码未落地．(重力加速度为g)(1)实验中需要用到的器材有__________(填选项前的字母).A．天平　B．刻度尺　C．打点计时器　D．秒表　E．弹簧测力计(2)滑块通过A光电门时的瞬时速度的表达式为v1＝________(用题中给定字母表示)(3)验证本系统机械能守恒的表达式为________________________ (用已知量和能直接测量的量表示).
变式3　(2023年惠州名校质检)某同学设计出如图所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”，让小钢球从A点自由下落，下落过程中经过正下方的光电门B时，光电计时器记录下小钢球通过光电门的时间为t，已知当地重力加速度为g.(1)先用长度测量工具测出钢球的直径为d.(2)为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪个物理量________(填选项前的字母).A．小球的质量mB．A、B之间的距离H
(3)小球通过光电门时的瞬时速度大小v＝ ________(用题中所给物理量的符号表示).(4)上述实验满足关系式______________时(用题目和上面问题中的物理量符号表示)，则可验证小球在运动过程中机械能守恒．(5)该同学在实验中发现，小球减少的重力势能总是略大于增加的动能，可能的原因是____________________________________．
(1)分析实验目的：验证滑块和钩码组成的系统机械能守恒．(2)确定实验原理：滑块与气垫导轨的摩擦不计，滑块和钩码组成的系统，只有钩码重力做功，系统机械能守恒．
1．(多选)(2023年广州七中期中)利用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验．本实验操作正确的是(　　)A．选择大小合适的铁质重锤B．选择体积较大的木质重锤C．打点时，应让重锤靠近打点计时器，先释放纸带，再打开电源D．选纸带时，应选点迹清晰且第一、二两点间的距离接近2 mm的纸带
【答案】AD【解析】为使重锤近似做自由落体运动，应选择体积较小、质量较大的铁质重锤，A正确，B错误；打点时，为有充分的打点距离，应让重锤靠近打点计时器．释放重锤时，应先打开电源，后释放重锤，C错误；纸带点迹应清晰，第一、二两点间距离接近2 mm时，说明打下的第一个点的速度为零，D正确．
2．(2021年江苏学业考试)用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置如图所示．下列说法中正确的是(　　)A．重物应选用密度大的物体B．开始时，应使重物远离打点计时器C．必须用天平测出重物的质量D．需要用秒表测出重物下落的时间【答案】A
【解析】重物应选用密度大的物体，减小空气阻力的影响，A正确；开始时，应使重物靠近打点计时器，以便更充分利用纸带，B错误；验证机械能守恒定律，即验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，表达式的两边都有质量，可以约去，所以实验中不需要用天平测量质量，C错误；由于是用打点计时器，不必测时间，D错误．
3．(多选)如图所示，用DIS实验研究机械能守恒定律的实验中，用光电门测定摆锤在某一位置的瞬时速度．实验测得D点的速度偏小，造成这个误差的原因可能是(　　)A．摆锤释放的位置高于A点B．摆锤释放的位置在A、B之间C．摆锤在A点没有静止释放D．光电门没有放在D点
【答案】BD【解析】若实验测得D点的机械能明显偏小，说明重锤低于A点才开始静止释放的，或未到D点就开始测速度，因此不是重力势能偏小，就是动能偏小，B、D正确．
4．利用如图所示实验装置来验证机械能守恒定律．通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门B时，毫秒计时器(图中未画出)记录下小铁球的挡光时间t.实验前调整光电门位置，使小铁球下落过程中，小铁球球心垂直细激光束通过光电门，当地重力加速度为g.
(1)为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，还需要测量的物理量是________.A．A点距地面的高度HB．A、B之间的距离hC．小铁球从A到B的下落时间tABD．小铁球的直径d(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度v＝______________；要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式__________________是否成立即可．(用实验中测得物理量的符号表示)