高一物理教課件：第五節(jié)《驗證機械能守恒定律》（粵教版必修2）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第五節(jié)驗證機械能守恒定律 1 掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理 2 會自己設(shè)計實驗 并能從中得出正確的結(jié)論3 通過實驗驗證 體會學(xué)習(xí)的快樂 激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣 通過親身實踐 樹立 實踐是檢驗真理的惟一標(biāo)準(zhǔn) 的科學(xué)觀 1 機械能守恒定律在只有重力做功的情形下 物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 但機械能的總量保持不變 2 機械能守恒是有條件的 只有重力做功 知識回憶 能否設(shè)計幾個機械能守恒的小實驗 討論與交流 如果你是一名科學(xué)家 你如何設(shè)計一個實驗來驗證機械能守恒定律 一 實驗原理 在只有重力做功的運動過程中 只要能夠確定任意兩點的高度h 或高度差 h 和速度v 就可以驗證這個過程的機械能是否守恒 或 二 實驗方案 方案一 利用打點計時器記錄勻變速直線運動的位置變化情況 鐵架臺 帶鐵夾 電火花計時器或打點計時器 直尺 重錘 紙帶 復(fù)寫紙片 導(dǎo)線 電源 1 實驗器材 2 實驗步驟 1 如圖所示 把打點計時器豎直地固定在置于桌邊的鐵架臺上 將打點計時器與電源連接好 2 將紙帶穿過電火花計時器或打點計時器的限位孔 并把紙帶的一端固定在重物上 使重物?？吭诖螯c計時器的地方 先用手提著紙帶 3 先接通電源 松開紙帶 讓重物帶著紙帶自由下落 計時器就在紙帶上打下一列小點 4 重復(fù)幾次 得到3 5條紙帶 5 在打好點的紙帶中挑選 點跡清楚且第一 二兩點間距離約為2mm 的一條紙帶 記下第一個點的位置O 并在紙帶上從任意點開始依次選取幾個連續(xù)的點1 2 3 并用刻度尺依次測出各點到位置O的距離 這些距離就是物體運動到點1 2 3 時下落的高度h1 h2 h3 6 應(yīng)用平均速度就是中間時刻的瞬時速度的方法 計算出各點對應(yīng)的瞬時速度V1 V2 V3 7 把得到的數(shù)據(jù)填入表格里 計算各點對應(yīng)的勢能減少量mgh 以及增加的動能mV2 2 并比較是否跟理論一致 1 安裝計時器時豎直架要穩(wěn)定 計時器的兩限位孔必須在同一豎直線上 以減少重物帶動紙帶下落過程受到的阻力 2 實驗時必須先接通電源 然后松開紙帶讓重物下落 3 測量下落高度時 必須從起始點算起 選取的各計數(shù)點要離起始點遠(yuǎn)些 可減少物體下落距離h的測量誤差 紙帶不宜過長 約40 即可 因重物自由下落時的加速度較大 每兩個計數(shù)點間的時間間隔不一定取連打5個點的時間為計時單位 3 注意事項 4 實驗中因不需要知道動能和勢能的具體數(shù)值 故不需測物體的質(zhì)量m 5 實際上重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功 所以動能的增加量要小于勢能的減少量 6 紙帶的上端最好不要懸空提著 要保證重物下落的初速度為零 并且紙帶上打出的第一個點是清晰的小點 7 紙帶挑選的標(biāo)準(zhǔn)是第一 二兩點間的距離接近2mm 實驗演示 方案二 利用氣墊導(dǎo)軌光電門記錄勻變速直線運動的位置變化情況 1 實驗裝置 2 數(shù)據(jù)處理 實驗演示 第一部分 實驗演示 第二部分 方案三 利用頻閃照片記錄勻變速直線運動的位置變化情況 1 實驗器材 頻閃照相機 小球 毫米刻度尺 2 數(shù)據(jù)處理 比例1 1頻閃時間間隔T 1 在 驗證機械能守恒定律 的實驗中 下列操作正確的是 A 先釋放重物 后接通電源B 用秒表測量重物下落的時間C 打完一條紙帶后 立即切斷電源D 每打完一條紙帶 活動復(fù)寫紙的位置 CD 2 在用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中 1 若用公式v gt計算瞬時速度進(jìn)行驗證 打點計時器所接交流的頻率為50Hz 甲 乙兩條實驗紙帶 應(yīng)選 紙帶為好 圖 甲 S2 S12 8gT2 重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻力 2 若通過測量紙帶上某兩點間距離來計算瞬時速度進(jìn)行驗證的話 設(shè)已測得點2到點4之間距離為S1 點0到點3之間距離為S2 打點周期為T 為驗證自重物開始下落到打點計時器打下點3這段時間內(nèi)機械能守恒 實驗結(jié)果應(yīng)滿足S1 S2 T之間的關(guān)系為 3 重物選取的原則應(yīng)是 3 為了驗證物體在自由下落過程中機械能是守恒的 將m 0 5kg的重物系上一紙帶 并將紙帶穿過打點計時器 當(dāng)重物自由下落時 得到如圖所示的記錄紙帶 已知打點周期T 0 02s 設(shè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 9 9m s2 計算打A B兩點時重物下落的速率VA VB 以A B兩點為例 驗證機械能是否守恒 Ek mgh 結(jié)論 1 5m s 2 1m s 0 54J 0 53J 在誤差允許范圍內(nèi)機械能守恒 4 斜面長100cm 高60cm 某同學(xué)以質(zhì)量為400g的小車沿斜面下滑來驗證機械能守恒定律 他從記錄小車運動的打點紙帶上選取了A B C D四個計數(shù)點 已知每相鄰兩點間對應(yīng)的時間間隔為0 1s A與B B與C C與D之間的距離分別為10cm 15cm 20cm 則小車由紙帶上對應(yīng)打B點時運動到打C點時 小車動能增加了 J 重力勢能減小了 J 實際上此過程機械能并不守恒是由于 若減小斜面傾角 將使本實驗的誤差 填 增大 減小 不變 增大 0 3 0 35 摩擦力對小車做了功 一 實驗原理在只有重力做功的運動過程中 只要能夠確定任意兩點的高度h 或高度差 h 和速度v 就可以驗證這個過程的機械能是否守恒 二 實驗方案1 利用打點計時器記錄勻變速直線運動的位置變化情況 2 利用氣墊導(dǎo)軌光電門記錄勻變速直線運動的位置變化情況 3 利用頻閃照片記錄勻變速直線運動的位置變化情況 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全