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1、实验验证机械能守恒定律公开课第1页，共27页，编辑于2022年，星期五1 1、利用自由落体运动验证机械能守恒定律、利用自由落体运动验证机械能守恒定律.2 2、知道实验的原理、方法、过程、知道实验的原理、方法、过程.3 3、对实验结果的讨论及误差分析、对实验结果的讨论及误差分析.学习学习目目标标第2页，共27页，编辑于2022年，星期五1、什么叫机械能守恒？、什么叫机械能守恒？2、机械能守恒的条件是什么？、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？、自由落体运动的物体，机械能守恒吗？4、机械能守恒定律机械能守恒定律的表达式是怎样的？的表达式是怎样的？第3页，共27页，编辑于2
2、022年，星期五本实验借助本实验借助自由落体运动自由落体运动验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律2A2B2121mvmvmgh-=要要验证验证上式是否成立，需要测量哪些上式是否成立，需要测量哪些物理量？物理量？如何测量这些物理量？如何测量这些物理量？01234由静止释放，则由静止释放，则第4页，共27页，编辑于2022年，星期五测量这些物理量，需要哪些器材？测量这些物理量，需要哪些器材？重物、打点计时器、纸带、重物、打点计时器、纸带、交流电源、导线、铁架台交流电源、导线、铁架台（附铁夹）、夹子、天平、（附铁夹）、夹子、天平、毫米刻度尺毫米刻度尺第5页，共27页，编辑于2022年，星期五思考：选
3、择重物时，选轻一点的好还是重一点思考：选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？的好？为什么？我们要求重物作自由落体运动，而阻我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。实验的影响，应采用密度较大的重物。用天平测量重物的质量用天平测量重物的质量第6页，共27页，编辑于2022年，星期五思考：安装打点计时器时，应注意什么问题？思考：安装打点计时器时，应注意什么问题？计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向,计时计时器要稳定在铁架台上器要稳定在铁架台上,并将计时器伸出
4、桌外。并将计时器伸出桌外。这样做的目的是什么这样做的目的是什么?减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差；保减小纸带与限位孔的摩擦带来的实验误差；保证重物有足够的下落空间，以便在纸带上能够打出证重物有足够的下落空间，以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算较多的点，有利于进行计算 按照课本所示装置安装打点计时器按照课本所示装置安装打点计时器第7页，共27页，编辑于2022年，星期五思考：实验时，接通电源和释放纸带的顺序思考：实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？怎样？先通电源，再释放纸带先通电源，再释放纸带释放纸带时应注意什么问题？释放纸带时应注意什么问题？释放重物前，重物应靠近打点计时器，释
5、放重物前，重物应靠近打点计时器，以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端，以便能打出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。确保重物由静止释放。接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带第8页，共27页，编辑于2022年，星期五按如下实验步骤进行实验按如下实验步骤进行实验用天平测量重物的质量用天平测量重物的质量按照课本所示装置安装打点计时器按照课本所示装置安装打点计时器接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带 及时切断电源，取下纸带，标上纸带号及时切断电源，取下纸带，标上纸带号更换纸带，重复以上步骤更换纸带，重复以上步骤整理器材整理
6、器材第9页，共27页，编辑于2022年，星期五本实验要不要本实验要不要必需必需测物体的质量？测物体的质量？不不是必是必需要测量物体的质量需要测量物体的质量！mgh mgh=mvmv2 2/2/2只证明gh gh=v v2 2/2/2如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须知道物体的质量（即：课本中所说的用天平测物体的质量）第10页，共27页，编辑于2022年，星期五讨论课文中讨论课文中“纸带上纸带上某两点某两点的距离等于重物的距离等于重物”中的中的“某两点某两点”如何选取？如何选取？hv我们验证我们验证：需要从起始点开始算起，如右图：需要从起始点开始算起，如右图：许多材料上指出：选取第许
7、多材料上指出：选取第1、2两点间距两点间距2mm的纸带，即在打第的纸带，即在打第1个点个点的瞬间，纸带开始下落，实际上在操作中这是很难控制的，所以只要的瞬间，纸带开始下落，实际上在操作中这是很难控制的，所以只要保证操作正确即可，误差也不会太大。保证操作正确即可，误差也不会太大。可以想一想可以想一想可以想一想可以想一想2mm2mm是怎么来的？是怎么来的？是怎么来的？是怎么来的？计时器打下的第一个点作为起始点，适计时器打下的第一个点作为起始点，适当大距离后选一个点作终点当大距离后选一个点作终点。h=gt2/2=100.022/2=0.002m=2mm第11页，共27页，编辑于2022年，星期五 如
8、何如何测定第测定第n n点的点的瞬瞬时速度时速度？01234S3S4d4d2方法：平均速度法方法：平均速度法第12页，共27页，编辑于2022年，星期五计算物体的速度，可有三种方法计算物体的速度，可有三种方法第第1、2种方法种方法是根据机械能守恒是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能验证机械能守恒定律，所以不能用用第13页，共27页，编辑于2022年，星期五 m（kg）h（m）V（m/s）势能减少量 mgh(J)动能增加量 EK(J)1234通过本实验，我们可以得到的结论是：通过本实验，我们可以得到的结论是：（将实验数据填入下表，分
9、析实验数据）第14页，共27页，编辑于2022年，星期五 结论：在实验误差允许范围内，重锤重力势能结论：在实验误差允许范围内，重锤重力势能减少量等于动能的增加量减少量等于动能的增加量，即机械能守恒即机械能守恒。实验中，实验中，重锤的重锤的重力势能减小重力势能减小 略大于略大于 其其动动能增加能增加，其原因是下落中，其原因是下落中克服阻力做功克服阻力做功，机械能略，机械能略有减少有减少。第15页，共27页，编辑于2022年，星期五0hv 21 12 2图象法处理数据gh=v 21 12 2该图象的该图象的斜率表示斜率表示什么？什么？为什么图为什么图象通过原象通过原点？点？可不可以用图象处理数据可
10、不可以用图象处理数据?第16页，共27页，编辑于2022年，星期五可以回避起始点吗（可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗即处理纸带时可以不用到起始点吗）?我们可以选取我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能两点，比较它们的机械能EA和和EB。则有：。则有：mghEKBEKAhAB 思思 考考第17页，共27页，编辑于2022年，星期五1、(单单选选)在验证机械能守恒定律的实验中，需要测量的是重物的()A质量 B下落高度 C下落时间 D瞬时速度B第18页，共27页，编辑于2022年，星期五2、为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒
11、表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有：；缺少的器材是 。不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺第19页，共27页，编辑于2022年，星期五3、下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法，正确的是 A重物质量的称量不准会造成较大误差B重物质量选用得大些，有利于减小误差C重物质量选用得较小些，有利于减小误差D打点计时器选用电磁打点计时器比电火花计时器误差要小(B )解析 为减小实验误差，重物应选质量大些的，且重物质量不需称量，A、C错，B正确，电磁打点
12、计时嚣的振针与纸带间有摩擦，电火花计时器对纸带的阻力较小，故选用电磁打点计时器误差大些，D错误 第20页，共27页，编辑于2022年，星期五4、有一条纸带，各点距A点的距离分别为d1、d2、d3，如图所示，各相邻点的时间间隔为T，要用它来验证B点到G点过程机械能是否守恒，可得BG间的距离h_，B点的速度表达式vB_，G点的速度表达式vG_，如果有_，则机械能守恒。第21页，共27页，编辑于2022年，星期五第22页，共27页，编辑于2022年，星期五5 5、某学生在验证机械能守恒定律的实验中有如下操作步骤，试按合某学生在验证机械能守恒定律的实验中有如下操作步骤，试按合理的顺序步骤序号填在下面的
13、线上：理的顺序步骤序号填在下面的线上：_A A断开电源，取下纸带，选出前两个点间距离接近断开电源，取下纸带，选出前两个点间距离接近2mm2mm的纸带；的纸带；B B把纸带固定在重锤上；把纸带固定在重锤上；CC将纸带穿过打点计时器，并把纸带上提使重锤停在靠近打点计将纸带穿过打点计时器，并把纸带上提使重锤停在靠近打点计时器的地方；时器的地方；D D把打点计时器固定在放于桌边的铁架台上，并与低压交流电源相把打点计时器固定在放于桌边的铁架台上，并与低压交流电源相连接；连接；E E接通电源，同时释放纸带；接通电源，同时释放纸带；F F求出重锤重力势能的减少量求出重锤重力势能的减少量EPEP和动能的增加量
14、和动能的增加量EKEK，比较，比较EPEP和和EKEK得出实验结论；得出实验结论；GG用刻度尺量出所选取的计数点到打下的第一个点用刻度尺量出所选取的计数点到打下的第一个点0 0之间的之间的距离距离DBCEAG F第23页，共27页，编辑于2022年，星期五6、如图556是“验证机械能守恒定律”实验中打下的某一纸带示意图，其中O为起始点，A、B、C为某三个连续点已知打点时间间隔t0.02s，用最小刻度为1mm的刻度尺量得OA15.55cm，OB19.2cm，OC23.23cm.第24页，共27页，编辑于2022年，星期五 (1)假定上述数据并没有看错，则它们中不符合数据记录要求的是 段，正确的记
15、录应是19.20 cm.(2)根据上述数据，当纸带打B点时，重锤(设其质量为mkg)重力势能比开始下落位置的重力势能减少了 J，动能增加了 J，这表明数值上Ep Ek(填“大于”“小于”或“等于”)，这是因为实验中有阻力，克服阻力做功要损失机械能.实验的结论是：在误差允许的范围内，重锤下落过程中，机械能是守恒的。OB19.201.88m1.84m大于 实验中有阻力，克服阻力做功要损失机械能第25页，共27页，编辑于2022年，星期五7、验证验证“机械能守恒定律机械能守恒定律”的实验采用重物自由下的实验采用重物自由下落的方法：落的方法：(1)用公式用公式 时对纸带上起点的要求是时对纸带上起点的要
16、求是 ；为此目的，所选择的纸带第一、二两点间距应接；为此目的，所选择的纸带第一、二两点间距应接近近 .(2)(2)若实验中所用重锤质量若实验中所用重锤质量若实验中所用重锤质量若实验中所用重锤质量m=1kgm=1kg，打点纸带如下图所，打点纸带如下图所，打点纸带如下图所，打点纸带如下图所示，打点时间间隔为示，打点时间间隔为示，打点时间间隔为示，打点时间间隔为0.02s0.02s，则记录，则记录，则记录，则记录B B点时，重锤的速度点时，重锤的速度点时，重锤的速度点时，重锤的速度vB B=，重锤动能，重锤动能，重锤动能，重锤动能E EkB B=.从开始下落起至从开始下落起至从开始下落起至从开始下落
17、起至B B点，重锤的重力势能减少量是点，重锤的重力势能减少量是点，重锤的重力势能减少量是点，重锤的重力势能减少量是 ，因此可得出的结，因此可得出的结，因此可得出的结，因此可得出的结论是论是论是论是 .初速度等于零初速度等于零 2mm 0.590m/s 0.174J 0.176J 第26页，共27页，编辑于2022年，星期五(3)根据纸带算出相关各点的速度根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离，量出下落距离，量出下落距离，量出下落距离h，则，则以以v v2/2为纵轴，以为纵轴，以h h为横轴画出的图线应是如下图中的为横轴画出的图线应是如下图中的 .图线的斜率表示图线的斜率表示 .C 重力加速度重力加速度g 第27页，共27页，编辑于2022年，星期五