2018-2019學(xué)年高中物理 第四章 機械能和能源 第五節(jié) 驗證機械能守恒定律課件 粵教版必修2.ppt

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1、第五節(jié) 驗證機械能守恒定律,第四章 機械能和能源,內(nèi)容索引,自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實基礎(chǔ),重點探究 啟迪思維 探究重點,達標檢測 檢測評價 達標過關(guān),自主預(yù)習(xí),1.會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度. 2.掌握利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的原理和方法. 3.設(shè)計另外一種能驗證機械能守恒定律的實驗方案.,一、實驗?zāi)康?針對只有重力對物體做功的過程，比較物體重力勢能的變化量與動能變化量，若滿足 ，則說明機械能守恒.,二、實驗原理,EpEk,(一)自由落體法驗證機械能守恒 1.實驗器材： 鐵架臺(帶鐵夾)、 、重物(帶夾子)、 、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、低壓交流電源(46 V). 2

2、.實驗步驟 (1)安裝裝置：按圖1甲所示把打點計時器安裝在 鐵架臺上，用導(dǎo)線把打點計時器與電源連接好.,三、兩個驗證方案,電磁打點計時器,圖1,紙帶,(2)打紙帶：在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近.先接通電源后釋放紙帶，讓重物拉著紙帶自由下落.重復(fù)幾次，得到35條打好點的紙帶. (3)選紙帶：從打好點的紙帶中挑選點跡清晰且開始的兩點間距接近2 mm的一條紙帶，在起始點標上0，以后任取間隔相同時間的點依次標上1、2、3. (4)測距離：用刻度尺測出0到1、2、3的距離，即為對應(yīng)下落的高度h1、h2、h3.,3.數(shù)據(jù)處理 (1

3、)計算各點對應(yīng)的瞬時速度：根據(jù)公式vn ，計算出1、2、3 n點的瞬時速度v1、v2、v3vn. (2)機械能守恒定律驗證 方法一：利用起始點和第n點. 如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)ghn v n2，則機械能守恒定律得到驗證. 方法二：任取兩點A、B. 如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)ghAB ，則機械能守恒定律得到驗證.,方法三：圖象法(如圖2所示).,圖2,若在實驗誤差允許范圍內(nèi)圖線是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律. 4.誤差分析 本實驗的誤差主要是由紙帶測量產(chǎn)生的偶然誤差以及重物和紙帶運動中的空氣阻力及打點計時器的摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差.,5.實驗注意事項 (1)打點計時器安裝要

4、穩(wěn)固，并使兩限位孔的中線在同一豎直線上，以減小摩擦阻力. (2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力的影響相對減小. (3)實驗時，應(yīng)先接通電源，讓打點計時器正常工作后再松開紙帶讓重物下落. (4)本實驗中的兩種驗證方法均不需要測重物的質(zhì)量m.,(二)用擺球與DISLab系統(tǒng)驗證機械能守恒 1.實驗步驟 (1)在鐵架臺上端用鐵架懸掛一個擺球(如圖3),(2)在方格紙上確定4至5個點作為測量點. (3)分別安裝光電傳感器，并使之與數(shù)據(jù)采集器相連接. (4)讓擺球從某一高度向下擺動，分別測定擺球在擺動過程中任意時刻的動能和重力勢能. (5)

5、研究每一個測量點上機械能的總量的特點.,圖3,2.誤差分析 (1)本實驗中擺球在運動過程中受到阻力作用，引起實驗中動能的增加量小于重力勢能的減少量. (2)光電傳感器的靈敏度對實驗結(jié)果也有影響. 3.注意事項 (1)擺球運動時，應(yīng)使其軌跡在一豎直面內(nèi)，避免擺球做圓錐擺運動. (2)調(diào)整帶方格紙的木板，應(yīng)使其豎線在豎直方向上. (3)為準確測定擺球在各位置的瞬時速度，可在擺球下部安置一塊擋光片，并確保擋光片在豎直面內(nèi).,重點探究,例1 在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中，電源的頻率為50 Hz，依次打出的點為0、1、2、3、4、n，則： (1)如用第2點到第6點之間的紙帶來驗證，必須直

6、接測量的物理量為_、_、_ _，必須計算出的物理量為_、 _，驗證的表達式為_.,一、實驗原理及基本操作,第2點到第6點之間的距離h26,第1點到第3點之間的距離h13,到第7點之間的距離h57,第5點,第2點的瞬時速度v2,第6點的瞬時速度v6,答案,解析,解析 要驗證從第2點到第6點之間的紙帶對應(yīng)重物的運動過程中機械能守恒，應(yīng)測出第2點到第6點的距離h26，要計算第2點和第6點的速度v2和v6，必須測出第1點到第3點之間的距離h13和第5點到第7點之間的距離h57，機械能守恒的表達式為mgh26 .,(2)下列實驗步驟操作合理的排列順序是_(填寫步驟前面的字母). A.將打點計時器豎直安裝

7、在鐵架臺上. B.先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落. C.取下紙帶，更換新紙帶(或?qū)⒓垘Х瓊€面)重新做實驗. D.將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點計時器，用手提著紙帶. E.選擇一條紙帶，用刻度尺測出物體下落的高度h1、h2、h3、hn，計算出對應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v3、vn. F.分別算出 mv n2和mghn，在實驗誤差范圍內(nèi)看是否相等.,答案,ADBCEF,處理實驗問題，要明確實驗原理，根據(jù)原理設(shè)計實驗步驟，有針對性的分析問題.,針對訓(xùn)練 (多選)用自由落體法驗證機械能守恒定律，就是看 mvn2是否等于mghn(n為計數(shù)點的編號).下列說法中正確的是 A.打點計時器打第一

8、個點0時，重物的速度應(yīng)為零 B.hn是計數(shù)點n到起始點0的距離 C.必須測量重物的質(zhì)量 D.用vngtn計算vn時，tn(n1)T(T為打點周期),答案,解析,解析 本實驗的原理是利用重物的自由落體運動來驗證機械能守恒定律.因此打點計時器打第一個點時，重物運動的速度應(yīng)為零，A正確； hn與vn分別表示打第n個點時重物下落的高度和對應(yīng)的瞬時速度，B正確；,例2 某實驗小組“用落體法驗證機械能守恒定律”，實驗裝置如圖4甲所示.實驗中測出重物自由下落的高度h及對應(yīng)的瞬時速度v，計算出重物減少的重力勢能mgh和增加的動能 mv2，然后進行比較，如果兩者相等或近似相等，即可驗證重物自由下落過程中機械能守

9、恒.請根據(jù)實驗原理和步驟完成下列問題：,二、數(shù)據(jù)處理及誤差分析,圖4,(1)關(guān)于上述實驗，下列說法中正確的是_. A.重物最好選擇密度較小的木塊 B.重物的質(zhì)量可以不測量 C.實驗中應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶 D.可以利用公式v 來求解瞬時速度,BC,答案,解析,解析 重物最好選擇密度較大的鐵塊，受到的阻力較小，故A錯誤. 本題是以自由落體運動為例來驗證機械能守恒定律，需要驗證的方程是mgh mv2，因為我們是比較mgh、 mv2的大小關(guān)系，故m可約去，不需要用天平測量重物的質(zhì)量，操作時應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶，故B、C正確. 不能利用公式v 來求解瞬時速度，否則體現(xiàn)不了實驗驗證，卻變成了理論推

10、導(dǎo)，故D錯誤.,(2)如圖乙是該實驗小組打出的一條點跡清晰的紙帶，紙帶上的O點是起始點，選取紙帶上連續(xù)的點A、B、C、D、E、F作為計數(shù)點，并測出各計數(shù)點到O點的距離依次為27.94 cm、32.78 cm、38.02 cm、43.65 cm、49.66 cm、56.07 cm.已知打點計時器所用的電源是50 Hz的交流電，重物的質(zhì)量為0.5 kg，則從計時器打下點O到打下點D的過程中，重物減小的重力勢能Ep_ J；重物增加的動能Ek_ J，兩者不完全相等的原因可能是_.(重力加速度g取9.8 m/s2，計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字),答案,重物下落過程中受到阻力作用,2.14,2.12,解析,解

11、析 重力勢能減小量Epmgh0.59.80.436 5 J2.14 J.利用勻變速直線運動的推論：,動能增加量EkEkD02.12 J.由于存在阻力作用，所以減小的重力勢能大于動能的增加.,(3)實驗小組的同學(xué)又正確計算出圖乙中打下計數(shù)點A、B、C、D、E、F各點的瞬時速度v，以各計數(shù)點到A點的距離h為橫軸，v2為縱軸作出圖象，如圖丙所示，根據(jù)作出的圖線，能粗略驗證自由下落的物體機械能守恒的依據(jù)是_.,答案,圖象的斜率等于19.52 m/s2，約為重力加速度g的兩倍，故能驗證,解析,當圖象的斜率為重力加速度的2倍時，即可驗證機械能守恒，,因此能粗略驗證自由下落的物體機械能守恒.,例3 某同學(xué)研

12、究小球擺動過程中機械能守恒，他用的DIS的裝置如圖5(a)所示，在實驗中，選擇以圖象方式顯示實驗的結(jié)果，所顯示的DIS圖象如圖(b)所示，圖象的橫軸表示小球距D點的高度h，縱橫表示擺球的重力勢能Ep、動能Ek或機械能E.,三、用擺球與DISLab系統(tǒng)驗證機械能守恒定律,圖5,(1)在圖(b)中，表示小球的動能Ek隨小球距D點的高度h變化關(guān)系的圖線是_.,丙,答案,解析,解析 根據(jù)題圖(b)所示的實驗圖象可知，小球的動能與重力勢能之和等于常數(shù)，即在誤差允許范圍內(nèi)，只有重力做功時，物體的機械能守恒.,(2)根據(jù)圖(b)所示的實驗圖象，可以得出的結(jié)論是_ _.,只有重力做功時，物體的機械能守恒,答案

13、,在誤差允許范圍內(nèi)，,解析,達標檢測,1,2,3,1.(實驗器材及誤差分析)如圖6為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖.現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘.回答下列問題： (1)為完成此實驗，除了所給的器材，還需要的器材有_.(填入正確選項前的字母) A.米尺 B.秒表 C.低壓直流電源 D.低壓交流電源,答案,解析,圖6,AD,解析 在處理數(shù)據(jù)時需要測量長度，故需要米尺；電磁打點計時器工作時需要使用低壓交流電源；所以選項A、D正確.,1,2,3,(2)實驗中產(chǎn)生誤差的原因有：_(寫出兩個原因即可).,答案,解析,答案 紙帶和打點計時器之間有摩擦. 用米尺測量紙帶

14、上點的位置時讀數(shù)有誤差. 計算勢能變化時，選取始末位置過近. 交流電頻率不穩(wěn)定.(任選其二),1,2,3,解析 造成誤差的原因有：紙帶和打點計時器之間有摩擦. 用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差. 計算勢能變化時，選取始末位置過近. 交流電頻率不穩(wěn)定.,1,2,3,(3)實驗中由于打點計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大阻力，這樣將造成_.,B,答案,解析,2.(數(shù)據(jù)處理)用落體法驗證機械能守恒定律的實驗中： (1)運用公式 mgh對實驗條件的要求是_， 打點計時器打點的時間間隔為0.02 s，則所選擇的紙帶第1、2兩點間的距離應(yīng)接近_.,答案,解析,1,2,3,2 mm,重

15、物從靜止開始自由下落,(2)若實驗中所用重物的質(zhì)量m1 kg，打點紙帶如圖7所示，打點時間間隔為0.02 s，則記錄B點時，重物的速度vB_，重物的動能EkB_，從開始下落起至B點時重物的重力勢能減少量是_，由此可得出的結(jié)論是_(g 9.8 m/s2，結(jié)果保留三位有效數(shù)字).,答案,解析,1,2,3,在實驗誤差允許范圍內(nèi)重物的機械能守恒,0.585 m/s,0.171 J,0.172 J,圖7,1,2,3,3.(實驗原理及誤差分析)如圖8所示，兩個質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1m2.現(xiàn)要利用此裝置驗證機械能守恒定律. (1)若選定物塊A從靜止開始下

16、落的過程中進行測量，則需要測量的物理量有_(填序號). 物塊的質(zhì)量m1、m2； 物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間； 物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間； 繩子的長度.,答案,1,2,3,圖8,或,(2)為提高實驗結(jié)果的準確程度，某小組同學(xué)對此實驗提出以下建議： 軟繩的質(zhì)量要輕； 在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長越好； 盡量保證物塊只沿豎直方向運動，不要搖晃； 兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能小. 以上建議中確實對提高準確度有作用的是_.(填序號),答案,1,2,3,(3)寫出一條上面沒有提到的對提高實驗結(jié)果準確度有益的建議：_.,答案,1,2,3,答案 例如：“對同一高度進行多次測量取平均值”“選取受力后相對伸長量盡量小的繩”“盡量減小滑輪的質(zhì)量”“對滑輪轉(zhuǎn)動軸進行潤滑”等等.(任選一個即可),