（浙江專用）2018-2019學(xué)年高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 第10節(jié) 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 新人教版必修2.ppt

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1、第10節(jié)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,學(xué)考報(bào)告,一、實(shí)驗(yàn)原理,等于,1.在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，如果重力勢(shì)能的減小量 動(dòng)能的增加量，就驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。,2.兩種驗(yàn)證方案,(1)若以重物下落的起始點(diǎn)O為基準(zhǔn)，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測(cè)出重物自起始點(diǎn)O下落距離h時(shí)的速度v，則在誤差允許范圍內(nèi)，由計(jì)算得出 mgh，機(jī)械能守恒定律即被驗(yàn)證。,(2)若以重物下落過程中的某一點(diǎn)A為基準(zhǔn)，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測(cè)出重物對(duì)應(yīng)于A點(diǎn)的速度vA，再測(cè)出重物由A點(diǎn)下落h后經(jīng)過B點(diǎn)的速度vB，則在誤差允許范圍內(nèi)，由計(jì)算得出 mgh，機(jī)械能守恒定律即被驗(yàn)證。,圖1,二、實(shí)驗(yàn)器材,鐵架臺(tái)(帶

2、紙夾)、 、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)。,三、實(shí)驗(yàn)步驟,1.安裝置：按圖2甲所示把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源連接好。,圖2,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,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(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。先接通電源后放手，讓重物拉著紙帶自由下落。重復(fù)幾次，得到35條打好點(diǎn)的紙帶。 3.選紙帶：從打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰且開始的兩點(diǎn)間距接近2 mm的一條紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上0，以后任取間隔相同時(shí)間的點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3。 4.測(cè)距離：用刻度尺測(cè)出0到1、2、3的距離，即

3、為對(duì)應(yīng)下落的高度h1、h2、h3。,四、數(shù)據(jù)處理,2.機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證：,方法三：圖象法(如圖3所示)。,圖3,五、誤差分析,1.本實(shí)驗(yàn)的誤差主要是由紙帶測(cè)量產(chǎn)生的偶然誤差以及重物和紙帶運(yùn)動(dòng)中的空氣阻力及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差。 2.測(cè)量時(shí)采取多次測(cè)量求平均值的方法來(lái)減小偶然誤差，安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使兩限位孔中線豎直，并且選擇質(zhì)量適當(dāng)大些、體積盡量小些的重物來(lái)減小系統(tǒng)誤差。,六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng),1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝要穩(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(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力相對(duì)減小。 3.

4、實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再松開紙帶讓重物下落。 4.本實(shí)驗(yàn)中的兩種驗(yàn)證方法均不需要測(cè)重物的質(zhì)量m。,典 例 精 析,一、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟 【例1】 某同學(xué)為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律編排了如下實(shí)驗(yàn)步驟：,A.用天平稱出重物的質(zhì)量 B.把紙帶固定到重物上，并把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，提升到一定高度 C.拆掉導(dǎo)線，整理儀器 D.斷開電源，換上新紙帶，重做兩次 E.用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間 F.用毫米刻度尺測(cè)出計(jì)數(shù)點(diǎn)與起點(diǎn)的距離，記錄數(shù)據(jù)，并計(jì)算出結(jié)果，得出結(jié)論 G.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到低壓交流電源上,H.接通電源，釋放紙帶 I.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到低壓直流電源上 J.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定到桌邊的鐵架

5、臺(tái)上 上述實(shí)驗(yàn)步驟中錯(cuò)誤的是_，可有可無(wú)的是_，其余正確且必要的步驟按實(shí)驗(yàn)操作順序排列是_。(均只需填步驟的代號(hào)) 解析對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)，掌握實(shí)驗(yàn)原理和操作方法是最基本的要求。只有掌握了實(shí)驗(yàn)原理，才能判斷出實(shí)驗(yàn)步驟中哪些是錯(cuò)誤的，哪些是必要的；只有親自動(dòng)手進(jìn)行認(rèn)真的操作，才能正確地對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟按序排列。 上述實(shí)驗(yàn)步驟中錯(cuò)誤的是E和I，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中不需要用秒表測(cè)定時(shí)間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)使用低壓交流電源?？捎锌蔁o(wú)的實(shí)驗(yàn)步驟是A。其余正確且必要的步驟按實(shí)驗(yàn)操作順序排列是：JGBHDCF。 答案E，IAJGBHDCF,二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法,【例2】 在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖4甲所示。,圖4

6、,(1)該實(shí)驗(yàn)中使用電火花計(jì)時(shí)器，它的工作電壓是_(填“交流220 V”、“交流6 V以下”或“直流6 V以下”)，紙帶下端所掛重物應(yīng)選圖乙中的_重物比較合適(填所選重物的字母)。 (2)按照正確的操作得到如圖丙所示的紙帶。其中打O點(diǎn)時(shí)釋放重物，A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的三個(gè)點(diǎn)，該同學(xué)用毫米刻度尺測(cè)量O點(diǎn)到A、B、C各點(diǎn)的距離，并記錄在圖丙中(單位cm)。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02 s，重物質(zhì)量為0.5 kg，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.8 m/s2。 這三個(gè)數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是_。 現(xiàn)選取重物在OB段的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，則打B點(diǎn)時(shí)重物的速度為_m/s，OB段動(dòng)能增加量為

7、_J，重力勢(shì)能減少量為_J(計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)。,即使在操作規(guī)范，數(shù)據(jù)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理很準(zhǔn)確的前提下，該實(shí)驗(yàn)測(cè)得的Ep也一定略大于Ek，這是實(shí)驗(yàn)存在系統(tǒng)誤差的必然結(jié)果，試分析該實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的主要原因：_ _。,解析(1)電火花計(jì)時(shí)器的工作電壓是交流220 V，紙帶下端所掛重物應(yīng)選圖乙中的質(zhì)量較大的C比較合適。 (2)這三個(gè)數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是12.8，缺少有效數(shù)字；打B點(diǎn)時(shí)重物的速度為,答案(1)交流220 VC(2)12.81.570.6160.627重物在下落時(shí)要受到阻力作用(對(duì)紙帶的摩擦力、空氣阻力),三、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,【例3】 利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置示

8、意圖如圖5所示：,圖5,(1)實(shí)驗(yàn)步驟 將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平； 用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光條的寬度l9.30 mm；,由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離s_cm； 將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動(dòng)時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2； 從數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時(shí)間t1和t2； 用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m。,(2)用表示直接測(cè)量量的字母寫出下列所求物理量的表達(dá)式 滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1_和v2_。 當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動(dòng)能分別為Ek1_和Ek2_。 在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢(shì)能的減少Ep_(重力加速度為g)。 (3)如果Ep_，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。,解析由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離 s80.30 cm20.30 cm60.00 cm。,兩光電門中心之間的距離s即砝碼和托盤下落的高度，系統(tǒng)勢(shì)能的減小量Epmgs，最后對(duì)比Ek2Ek1與Ep數(shù)值大小，在誤差允許的范圍內(nèi)相等，就驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。,