物理必修粤教版验证机械能守恒定律课件

第五节验证机械能守恒定律2验证机械能守恒定律1．机械能守恒定律是可以通过理论推导出来的定律，用实验不仅可检验机械能守恒定律，而且还可检验物理理论．2．学会设计实验，通过正确理解机械能守恒定律的内容和____________，设计验证实验．成立条件3．学会数据处理，从实验结果中分析数据，得出结论．3要点1创新实验方案设计1．用气垫导轨验证机械能守恒定律(1)在该实验中选取气垫导轨、光电门、数字计时器等器材，如图4－5－1所示安装实验装置，图中m为滑块质量，l为挡光板长度，G1、G2为光电门．图4－5－14(2)将滑块从轨道上端某一处滑下，测出它通过光电门G1和G2时的速度v1和v2，可得到G1到G2这段位移中滑块的动(3)再算出G1到G2这段位移中滑块重力势能的减少量ΔEp，比较ΔEk和ΔEp，得到ΔEk＝ΔEp的结论，从而证明机械能守恒．2．用自由落体和打点计时器验证机械能守恒定律图4－5－2(1)安装：如图4－5－2所示，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．能增量ΔEk＝12mv22－12mv21.5(2)接电源，打纸带：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0、1、2、3、…(4)数据测量：测出0到点1、点2、点3、…的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3、…(5)数据处理：利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h，计算出瞬时速度v，便可验证物体重力势能的减少量ΔEp＝mgh与物体动能的增加量ΔEk＝12mv2是否相等，即验证gh是否等于12v2，若相等，则可验证机械能守恒．63．利用平抛运动验证机械能守恒定律(1)运用如图4－5－3所示的装置，让小球从光滑斜轨道的某一高度处由静止开始滚下．小球离开轨道时做平抛运动．图4－5－3(2)测出图中平台高度H、小球在光滑斜轨道上由静止开始滚下时离平台的高度h以及小球做平抛运动时的水平位移s.7(3)由H＝12gt2算出小球做平抛运动的时间，再由v＝st算出小球离开轨道时的速度v.(4)比较mgh和12mv2的大小，即比较gh和12v2的大小，若gh＝12v2，则可以验证机械能守恒．8【例1】为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关，其中不必要的器材是___________________，缺少的器材是_____________________.解析：打点计时器工作是需要用交流电源的，故低压直流电源应该换成低压交流电源；在该实验中，物体的质量可以不用测量，用不到天平；打点计时器已经起到计时的作用了，秒表多余，而且打点计时器比秒表计时更精确．低压交流电源、重锤、答案：低压直流电源、天平、秒表刻度尺91．如图4－5－4所示，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP是可绕O点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球(可看做质点)．现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能．图4－5－4重力质量(1)还需要的器材是______、_______．天平刻度尺(2)以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对___________的测量，进而转化对______和______的直接测量．高度势能10要点2实验注意事项及数据分析1．落体法验证机械能守恒定律的注意事项(1)安装打点计时器时，必须使穿纸带的两限位孔在同一竖直线上，以减少纸带和限位孔的摩擦．(2)纸带应保持竖直，平直不卷曲，避免人为增大摩擦阻力．(3)纸带选取：点迹清晰、点成一线及第1、2点间间距接近2mm这样的纸带最合适．(4)测量下落高度时，必须从起点开始算．测量，物体的质量选取要尽量大些，以减小因摩擦造成的相对误差．(5)实验中数据比较式为ghn和12v2n，不需要进行物体质量的11(6)数据计算时，应注意重力加速度g取当地的值．的，而我们的实验目的是验证机械能守恒定律，显然，运用该式求解速度不妥．(8)不能用公式v＝gt求物体下落速度．该式认为物体下落的运动加速度为g，而实际上在实验中不可避免地受到各种摩擦力的作用，如计时器的限位孔与纸带的阻力等．因此下落的加速度必将小于g，而下落高度是直接测量值．这样得到的是机械能增加的结论，而有阻力作用时机械能应为减小的，故这种方法不能使用．(7)式子v＝2gh是根据机械能守恒定律mgh＝12mv2得到122．纸带打点数据的分析(1)vn＝hn＋1－hn－12T，即物体在做匀变速直线运动时，某一中间时刻的瞬时速度等于过程中的平均速度，这种方法能准确地反映实验的实际，直接从纸带中求出实际速度，因此在数据处理中，我们可以使用该种方法．(2)数据处理除了数学分析以外，还可以用作图法来进行处理．13【例2】在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g＝9.8m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg，实验中得到的一条点迹清晰的纸带如图4－5－5所示，把第一个点记为O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量点，待测量后得到A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm.根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于________J，动能的增加量等于________J．(取三位有效数字)图4－5－514思路点拨：重力势能的减少量等于mgh,O为第一个点，动能为零，动能的增加量等于C点的动能，所以从纸带数据求C点的速度后可得动能的增加量．由O点到C点，重力势能的减少量为ΔEp＝mghc＝1.00×9.8×77.76×10－2J＝7.62J解析：交流电源频率f＝50Hz，则T＝1f＝150s＝0.02s15打下C点时纸带的瞬时速度(等于物体的瞬时速度)为vC＝OD－OB2T＝85.73－70.18×10－22×0.02m/s＝3.89m/s动能的增加量为ΔEk＝12mv2C＝12×1.00×3.892J＝7.57J.答案：7.627.57162．在用落体法验证机械能守恒定律的实验中：(1)所用重锤的质量m＝1.0kg，打点计时器所用电源频率为50Hz，打下的纸带如图4－5－6所示(图中的数据为从起始点O到该点的距离)，则在打B点时，重锤的速度vB＝______m/s，重锤的动能EkB＝_____J，从开始下落到打B点时，重锤的势能减少量是_____J.(取两位有效数字)0.790.310.32图4－5－617(2)根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以v2为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是下图所示中的()18解析：vB＝xAB＋xBC2T＝50.2－18.6×10－32×0.02m/s＝0.79m/sB点的动能为EkB＝12mv2B＝12×1×0.792J＝0.31J重锤的势能减少量为ΔEp＝mgh＝1×9.8×32.4×10－3J＝0.32J因为mgh＝12mv2，故v2∝h，作出的v2－h图线应为过原点的直线，正确选项为C.答案：C