1、 第第4 4章章 能量守恒与可持续发能量守恒与可持续发 展展 4.2 4.2 研究机械能守恒定律（二）研究机械能守恒定律（二） 实验探究：验证机械能守恒实验探究：验证机械能守恒 定律定律 学习目标定位学习目标定位 理解实验的设计思路，明确实验中需要直接测理解实验的设计思路，明确实验中需要直接测 量的量的 物理量物理量. . 知道实验选取测量点的有关要求，会根据纸带知道实验选取测量点的有关要求，会根据纸带 测定测定 物体下落的高度物体下落的高度,掌握测量瞬时速度的方法掌握测量瞬时速度的方法. 能正确进行实验操作，分析实验数据得出能正确进行实验操作，分析实验数据得出 结论，结论， 能定性地分析产生
2、误差的原因能定性地分析产生误差的原因. 知识储备区知识储备区 1.图片对齐 在我们插入PPT图片或是输入文字的时候，为了整齐都需要将插入的文本框对齐 ，但是又不想一个一个的进行操作，这时按住Ctrl键将需要进行对齐的文本选中 ，点击开始排列对齐垂直居中即可； 2.巧用格式刷 在制作PPT的时候为了保证PPT风格的统一，很多任通常会使用复制粘贴来确保 每一页PPT格式相同，这样对于少页数来说可以进行操作，但是碎玉多页面的话 就有点麻烦了，其实我们可以巧用格式刷：首先，在开始菜单栏下方有一个格式 刷，点击格式刷，很快就能看到效果； 3.去除所有动画效果 很多人在制作PPT的时候都是直接在模板库里下
3、载模板进行使用的，但是下载的 模板大多数都是有幻灯片的，这样在演讲的时候很不方便，怎样将其进行去除呢 ？单击幻灯片放映选择设置幻灯片放映，放映类型选择演讲者放映；换片方式 选择手动即可； 4.PPT快键 PPT逼格提升技巧逼格提升技巧 学习探究区学习探究区 一、用单摆和一、用单摆和DISDIS装置验证机械能装置验证机械能 守恒守恒 二、用自由落下的重物和打点二、用自由落下的重物和打点 计时器验证机械能守恒计时器验证机械能守恒 一、一、用单摆和用单摆和DIS装置验证机械能守恒装置验证机械能守恒 (1)在铁架台上端用铁夹悬挂一个摆球在铁架台上端用铁夹悬挂一个摆球(如如 图图) 1.1.实验步骤实验
4、步骤 (2)在方格纸上确定在方格纸上确定4至至5个点作为测量个点作为测量 点点 (3)分别安装光电传感器分别安装光电传感器，并使之与数据并使之与数据 采集采集 器相连接器相连接 (4)让摆球从某一高度向下摆动让摆球从某一高度向下摆动分别测定摆球在摆动过程中分别测定摆球在摆动过程中 任意任意 时刻的动能和重力势能时刻的动能和重力势能 (5)研究每一个测量点上机械能的总量的特研究每一个测量点上机械能的总量的特 点点 一、一、用单摆和用单摆和DIS装置验证机械能守恒装置验证机械能守恒 (1)本实验中摆球在运动过程中受到阻力作用本实验中摆球在运动过程中受到阻力作用，引起实验中动能的引起实验中动能的 增
5、加量增加量 小于小于重力势能的减少量重力势能的减少量 2.2.误差分析误差分析 (2)光电传感器的灵敏度对实验结果也有影光电传感器的灵敏度对实验结果也有影 响响 (1)摆球运动时摆球运动时，应使其轨迹在一应使其轨迹在一竖直面内竖直面内，避免做圆锥摆避免做圆锥摆 运动运动 3.3.注意事项注意事项 (2)调整带方格纸的木板调整带方格纸的木板，应使其竖线在竖直方向上应使其竖线在竖直方向上 (3)为准确测定摆球在各位置的瞬时速度为准确测定摆球在各位置的瞬时速度，可在摆球下部安置可在摆球下部安置 一块挡光片一块挡光片，并确保挡光片在竖直面内并确保挡光片在竖直面内 二、二、用自由落下的重物和打点计时器验
6、证机械能守恒用自由落下的重物和打点计时器验证机械能守恒 按图甲把打点计时器安装在铁架台按图甲把打点计时器安装在铁架台 上上，用导线把打点计时器与电源连用导线把打点计时器与电源连 接好接好 （1 1）安装置：）安装置： 在纸带的一端把重物用夹子固定好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用手竖直提起纸带使重物停靠 在打点计时器附近在打点计时器附近先接通电源后放手先接通电源后放手，让重物拉着纸带自由下让重物拉着纸带自由下 落落重复几次重复几次，得到得到35条打好点的纸带条打好点的纸带 （2 2）打纸打纸 带：带： 1.
7、1.实验步骤实验步骤 从打好点的纸带中挑选点迹清晰且开始的两点从打好点的纸带中挑选点迹清晰且开始的两点 间距接近间距接近2 mm的一条纸带的一条纸带，在起始点标上在起始点标上0，以以 后任取间隔相同时间的点依次标上后任取间隔相同时间的点依次标上1、2、3. （3）选纸选纸 带：带： 用刻度尺测出用刻度尺测出0到到1、2、3的距离的距离，即为对应下即为对应下 落的高度落的高度h1、h2、h3. （4）测距测距 离：离： 二、二、用自由落下的重物和打点计时器验证机械能守恒用自由落下的重物和打点计时器验证机械能守恒 （1 1）计算各点对应的瞬时速计算各点对应的瞬时速 度：度： （2）机械能守恒验机械
8、能守恒验 证证 方法一：利用起始点和第方法一：利用起始点和第n点点 根据公式根据公式 ，计算出计算出1、2、3、n点的瞬时速度点的瞬时速度v1、v2、 v3、vn. 11 2 = n nn hh T v 从起始点到第从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量，动能增加量 为为 ，计算，计算ghn和和 ，如果在实验误差允许范围内，如果在实验误差允许范围内ghn ， 则机械能守恒定律得到验证则机械能守恒定律得到验证 2 1 2 n v 2 1 2 n mv 2 1 2 n v 二、二、用自由落下的重物和打点计时器验证机械能守恒用自由落下的重物和打点计时器
9、验证机械能守恒 2 2数据处理数据处理 方法二：任取两点方法二：任取两点A、B. 计算各计数点计算各计数点 ，以以 为纵轴为纵轴，以各计数点到，以各计数点到 第一个点的距离第一个点的距离h为横轴为横轴，根据实验数据绘出，根据实验数据绘出 h图线图线.若在误差允许范围内图像是一条过原点且若在误差允许范围内图像是一条过原点且 斜率为斜率为g的直线，的直线，则验证则验证了了机械能守恒定律机械能守恒定律 2 1 2 v 2 1 2 v 2 1 2 v 从从A点到点到B点，重力势能减少量为点，重力势能减少量为mghAmghB，动能增加量，动能增加量 为为 ，计算，计算ghAB和和 ，如果在实验误差允许范
10、围内，如果在实验误差允许范围内 ghAB ，则机械能守恒定律得到验证，则机械能守恒定律得到验证 22 1 2 1 2 BA mmvv 22 BA 1 2 1 2 vv 22 1 2 1 2 BA vv 方法三：图方法三：图像像法法(如图所示如图所示) 二、二、用自由落下的重物和打点计时器验证机械能守恒用自由落下的重物和打点计时器验证机械能守恒 1本实验的误差主要是本实验的误差主要是 由纸带由纸带测量测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻空气阻 力力及打及打 点计时器的点计时器的摩擦阻力摩擦阻力引起的系统误差引起的系统误差 2测量时采取测量时采取多次测
11、量求平均值多次测量求平均值的方法来减小偶然误差，安装的方法来减小偶然误差，安装 打点计打点计 时器使两限位孔时器使两限位孔中线竖直中线竖直，并且选择，并且选择质量适当大些、体积尽质量适当大些、体积尽 量小量小些些 的重物来减小系统误差的重物来减小系统误差 二、二、用自由落下的重物和打点计时器验证机械能守恒用自由落下的重物和打点计时器验证机械能守恒 3 3误差分析误差分析 （1）打点计时器安装要稳固打点计时器安装要稳固，并使两限位孔的并使两限位孔的中线在同一竖直中线在同一竖直 线上线上， 以减小摩擦阻力以减小摩擦阻力 （2）应选用应选用质量和密度较大质量和密度较大的重物的重物，增大重力可使阻力的
12、影增大重力可使阻力的影 响相对响相对 减小减小，增大密度可以减小体积增大密度可以减小体积，可使空气阻力相对减小可使空气阻力相对减小 （3）实验时实验时，应应先接通电源先接通电源，让打点计时器正常工作后让打点计时器正常工作后再松再松 开纸带开纸带 让重物下落让重物下落 （4）本实验中的两种验证方法均本实验中的两种验证方法均不需要测重物的质量不需要测重物的质量m. （5）速度速度不能用不能用vgt或或v 计算计算，应根据纸带上测得应根据纸带上测得 的数据的数据， 利用利用 计算瞬时速度计算瞬时速度 2gh 11 2 = n nn hh T v 二、二、用自由落下的重物和打点计时器验证机械能守恒用自
13、由落下的重物和打点计时器验证机械能守恒 4 4实验注意事实验注意事 项项 典例精析典例精析 例例1 1 某同学研究小球摆动过程中机某同学研究小球摆动过程中机 械能守恒，他用的械能守恒，他用的DIS的装置如图的装置如图(a) 所示，在实验中，选择以图像方式显所示，在实验中，选择以图像方式显 示实验的结果，所显示的示实验的结果，所显示的DIS图像如图像如 图图(b)所示图像的横轴表示小球距所示图像的横轴表示小球距D 点的高度点的高度h，纵轴表示小球的重力势，纵轴表示小球的重力势 能能Ep、动能、动能Ek或机械能或机械能E. (1)在图在图(b)中，表示小球的动能中，表示小球的动能Ek随随 小球距小
14、球距D点的高度点的高度h变化关系的图线变化关系的图线 是是_ (2)根据图根据图(b)表示的实验图像，可以表示的实验图像，可以 得出的结论是得出的结论是 _ _ _. 机械能机械能守恒守恒 22 11 22 D mghmmvv 2 k 1 2 D Ehmmgv丙丙 物体的机械能守恒物体的机械能守恒 典例精析典例精析 例例2 2 某同学利用重物自由下落来某同学利用重物自由下落来 “验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验装置的实验装置 如图甲所示如图甲所示 (1)请指出实验装置中存在的明显错请指出实验装置中存在的明显错 误：误： _ _. (2)进行实验时，为保证重物下落时进行实验时，为保证
15、重物下落时 初速度为零，应初速度为零，应_(选填选填“A” 或或“B”) A先接通电源，再释放纸带先接通电源，再释放纸带 B先释放纸带，再接通电源先释放纸带，再接通电源 打点计时器的工作电源打点计时器的工作电源 是是 打点计时器不能接在打点计时器不能接在“直流电源直流电源”上上 当打点计时器打点时，当打点计时器打点时， 纸带已经下落，纸带已经下落， 打下的第打下的第1 1个点的速度不为零个点的速度不为零 A 典例精析典例精析 例例2 2 某同学利用重物自由下落来某同学利用重物自由下落来 “验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验装置的实验装置 如图甲所示如图甲所示 (3)根据打出的纸带根据
16、打出的纸带，选取纸带上连选取纸带上连 续打出的续打出的1、2、3、4四个点如图乙四个点如图乙 所示所示已测出已测出1、2、3、4到打出的到打出的 第一个点第一个点O的距离分别为的距离分别为h1、h2、h3、 h4，打点计时器的打点周期为打点计时器的打点周期为T.若代若代 入 所 测 数 据 能 满 足 表 达 式入 所 测 数 据 能 满 足 表 达 式 gh3 _，则可验证重物下落则可验证重物下落 过程机械能守恒过程机械能守恒(用题目中已测出的用题目中已测出的 物理量表示物理量表示) 实验原理实验原理 2 1 2 nn mghmv 2 1 2 nn gh v 2 33 1 2 gh v 42 3 2 hh T v 2 2、4 4段的中间时段的中间时 刻刻 2 42 2 () 8 hh T 2 42 2 () 8 hh T
