2018-2019學(xué)年高中物理 第四章 機(jī)械能和能源 5 課時(shí)2 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 教科版必修2.ppt

《2018-2019學(xué)年高中物理 第四章 機(jī)械能和能源 5 課時(shí)2 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 教科版必修2.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第四章 機(jī)械能和能源 5 課時(shí)2 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 教科版必修2.ppt（38頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、課時(shí)2 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,第四章 5 機(jī)械能守恒定律,[學(xué)習(xí)目標(biāo)],1.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律. 2.熟悉瞬時(shí)速度的測(cè)量方法. 3.能正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，能定性地分析產(chǎn)生誤差的原因.,內(nèi)容索引,,題型演練 學(xué)以致用 實(shí)訓(xùn)演練,達(dá)標(biāo)檢測(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān),技能儲(chǔ)備 明確原理 提煉方法,技能儲(chǔ)備,一、實(shí)驗(yàn)原理 讓物體自由下落，忽略阻力情況下物體的機(jī)械能守恒，有兩種方案驗(yàn)證物體的機(jī)械能守恒： 方案一：以物體自由下落的初始位置O為起始點(diǎn)，測(cè)出物體下落高度h時(shí)的速度大小v，若 ＝mgh成立，則可驗(yàn)證物體的機(jī)械能守恒. 方案二：測(cè)出物體下落高度h過程的初、末時(shí)刻的速度v1、v

2、2，v1、v2的 計(jì)算方法與方案一的相同.若關(guān)系式 ＝mgh成立，則物體的機(jī)械能守恒.,二、實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺(tái)(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(4～6 V). 三、實(shí)驗(yàn)步驟 1.安裝裝置：按圖1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.,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,紙帶,圖1,2.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.先接通電源后釋放紙帶，讓重物拉著紙帶自由下落.重復(fù)幾次，得到3～5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

3、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…，如圖乙所示. 4.測(cè)距離：用刻度尺測(cè)出0到1、2、3…的距離，即為對(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 方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn).,方法三：圖像法(如圖2所示). 若在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)圖線是一條過原點(diǎn)且斜率為g 的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律. 五、誤差分析 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. 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

4、小摩擦阻力.,圖2,2.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，可使空氣阻力的影響相對(duì)減小. 3.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)中的幾種驗(yàn)證方法均不需要測(cè)重物的質(zhì)量m.,題型演練,,例1 在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中有位同學(xué)按以下步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作： A.用天平稱出重錘和夾子的質(zhì)量； B.固定好打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，將連著重錘的紙帶穿過限位孔，用手提住，且讓手 盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器； C.松開紙帶，接通電源，開始打點(diǎn).并如此重復(fù)多次，以得到多條打點(diǎn)紙帶； D.取下紙帶，挑選點(diǎn)跡清晰且開始的兩點(diǎn)間距接近2 mm的紙帶，

5、記下起始 點(diǎn)O，在距離O點(diǎn)較近處選擇幾個(gè)連續(xù)的計(jì)數(shù)點(diǎn)(或計(jì)時(shí)點(diǎn))，并計(jì)算出各 點(diǎn)的速度值； E.測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，即得到重錘的下落高度；,一、實(shí)驗(yàn)原理及基本操作,在以上步驟中，不必要的步驟是____. 有錯(cuò)誤或不妥的步驟是________.(填寫代表字母) 更正情況是： ①_______________________________________________； ②_____________________________； ③_________________________； ④_________________________.,答案,解析,A,BCDF,B中手應(yīng)抓住紙

6、帶末端，讓重錘盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,C中應(yīng)先接通電源，再松開紙帶,D中應(yīng)選取離O點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn),解析 A步驟不必要，不稱量重錘的質(zhì)量也可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律； B步驟中應(yīng)讓重錘盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，而不是手靠近； C步驟中應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶； D步驟中應(yīng)選取離O點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)，這樣測(cè)量時(shí)距離較遠(yuǎn)，測(cè)量的相對(duì)誤差較??；,在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)步驟的要求主要注意以下幾點(diǎn)： (1)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直且固定好，使其兩限位孔的中線在同一豎直線上，以減小摩擦阻力. (2)重物應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大、體積較小的物體，以減小空氣阻力的影響. (3)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

7、.,針對(duì)訓(xùn)練 (多選)用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，就是看 是否等于mghn(n為計(jì)數(shù)點(diǎn)的編號(hào)0、1、2…n).下列說法中正確的是 A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打第一個(gè)點(diǎn)0時(shí)，重物的速度應(yīng)為零 B.hn是計(jì)數(shù)點(diǎn)n到起始點(diǎn)0的距離 C.必須測(cè)量重物的質(zhì)量 D.用vn＝gtn計(jì)算vn時(shí)，tn＝(n－1)T(T為打點(diǎn)周期),答案,解析,√,√,解析 本實(shí)驗(yàn)的原理是利用重物的自由落體運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，因此打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)，重物運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)為零，A正確； hn與vn分別表示打第n個(gè)點(diǎn)時(shí)重物下落的高度和對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度，B正確；,,二、數(shù)據(jù)處理及誤差分析,例2 某實(shí)驗(yàn)小組“用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，

8、實(shí)驗(yàn)裝置如圖3甲所示.實(shí)驗(yàn)中測(cè)出重物自由下落的高度h及對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v，計(jì)算出重物減少的重力勢(shì)能mgh和增加的動(dòng)能 ，然后進(jìn)行比較，如果兩者相等或近似相等，即可驗(yàn)證重物自由下落過程中機(jī)械能守恒.請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和步驟完成下列問題：,圖3,(1)關(guān)于上述實(shí)驗(yàn)，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(cè)量 C.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶,答案,解析,BC,解析 重物最好選擇密度較大的鐵塊，故A錯(cuò)誤.,(2)如圖乙是該實(shí)驗(yàn)小組得到的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，紙帶上的O點(diǎn)是起始點(diǎn)，選取紙帶上連續(xù)的點(diǎn)A、B、C、D、E、F作為計(jì)數(shù)點(diǎn)，并測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離依次

9、為27.94 cm、32.78 cm、38.02 cm、43.65 cm、49.66 cm、56.07 cm.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)器打下點(diǎn)O到打下點(diǎn)D的過程中，重物減小的重力勢(shì)能ΔEp＝_____ J；重物增加的動(dòng)能ΔEk＝_____ 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(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字),答案,解析,2.14,2.12,重物下落過程中受到阻力作用,解析 重力勢(shì)能減小量ΔEp＝mgh＝0.59.80.436 5 J≈2.14 J.利用勻變

10、速直線運(yùn)動(dòng)的推論：,(3)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)又正確計(jì)算出圖乙中打下計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F各點(diǎn)的瞬時(shí)速度v，以各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)的距離h′為橫軸，v2為縱軸作出圖像，如圖丙所示，根據(jù)作出的圖線，能粗略驗(yàn)證自由下落的物體機(jī)械能守恒的依據(jù)是________________________________________________ _____.,答案,解析,圖像的斜率等于19.52，約為重力加速度g的兩倍，故能 驗(yàn)證,,三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),例3 利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖4所示.,圖4,(1)實(shí)驗(yàn)步驟： ①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. ②用

11、游標(biāo)卡尺測(cè)出擋光條的寬度l＝9.30 mm. ③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心間的距離s＝________ cm.,答案,解析,答案 60.00(答案在59.96～60.04之間的，也正確),解析 距離s＝80.30 cm－20.30 cm＝60.00 cm.,④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2. ⑤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Δt1和Δt2. ⑥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物理量的表達(dá)式. ①滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)，瞬時(shí)

12、速度分別為v1＝____和v2＝____.,答案,解析,解析 由于擋光條寬度很小，因此可以將擋光條通過光電門時(shí)的平均速度當(dāng)成瞬時(shí)速度，擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測(cè)量，擋光時(shí)間Δt可從數(shù)字計(jì)時(shí)器上讀出.因此，滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)的瞬時(shí)速度分別為,②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＝____________.,答案,解析,解析 當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)，系統(tǒng)的總動(dòng)能分別為,③在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過程中，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝_____(重力加速度為g).,答案,解析,解析 在

13、滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過程中，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝mgs.,mgs,(3)如果ΔEp＝________，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.,答案,解析,解析 如果在誤差允許的范圍內(nèi)ΔEp＝Ek2－Ek1，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.,Ek2－Ek1,達(dá)標(biāo)檢測(cè),解析 在處理數(shù)據(jù)時(shí)需要測(cè)量長(zhǎng)度，故需要米尺；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作時(shí)需要使用低壓交流電源；所以選項(xiàng)A、D正確.,1.(實(shí)驗(yàn)器材及誤差分析)如圖5為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘.回答下列問題： (1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器 材有_____.(

14、填入正確選項(xiàng)前的字母) A.米尺 B.秒表 C.低壓直流電源 D.低壓交流電源,圖5,AD,答案,解析,1,2,(2)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因有：__________________寫出兩個(gè)原因即可).,解析 造成誤差的原因有：①紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之 間有摩擦. ②用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差. ③計(jì)算勢(shì)能變化時(shí)，選取始末位置過近.,答案,解析,1,2,答案 ①紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器a之間有摩擦. ②用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差. ③計(jì)算勢(shì)能變化時(shí)，選取始末位置過近.(任選其二),(3)實(shí)驗(yàn)中由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時(shí)受到較大阻力，這樣將造成___.,答案,解析

15、,1,2,B,2.(數(shù)據(jù)處理)用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中： (1)運(yùn)用公式 ＝mgh對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求是_______________________， 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s，則所選擇的紙帶第1、2兩點(diǎn)間的距離應(yīng)接近______.(結(jié)果保留一位有效數(shù)字),1,2,重物從靜止開始自由下落,2 mm,答案,解析,(2)若實(shí)驗(yàn)中所用重物的質(zhì)量m＝1 kg，打點(diǎn)紙帶如圖6所示，打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02 s，則記錄B點(diǎn)時(shí)，重物的速度vB＝_________，重物的動(dòng)能EkB＝_______，從開始下落起至B點(diǎn)時(shí)重物的重力勢(shì)能減少量是________，由此可得出的結(jié)論是________________________________(g＝9.8 m/s2，結(jié)果均保留三位有效數(shù)字).,1,2,0.585 m/s,0.171 J,答案,解析,0.172 J,在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)機(jī)械能守恒,圖6,1,2,