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1、課時2 實驗：驗證機械能守恒定律,第四章 5 機械能守恒定律,[學習目標],1.驗證機械能守恒定律. 2.熟悉瞬時速度的測量方法. 3.能正確進行實驗操作，分析實驗數(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 學以致用 實訓演練,達標檢測 檢測評價 達標過關(guān),技能儲備 明確原理 提煉方法,技能儲備,一、實驗原理 讓物體自由下落，忽略阻力情況下物體的機械能守恒，有兩種方案驗證物體的機械能守恒： 方案一：以物體自由下落的初始位置O為起始點，測出物體下落高度h時的速度大小v，若 ＝mgh成立，則可驗證物體的機械能守恒. 方案二：測出物體下落高度h過程的初、末時刻的速度v1、v
2、2，v1、v2的 計算方法與方案一的相同.若關(guān)系式 ＝mgh成立，則物體的機械能守恒.,二、實驗器材 鐵架臺(帶鐵夾)、 、重物(帶夾子)、 、復寫紙、導線、毫米刻度尺、低壓交流電源(4～6 V). 三、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，用導線把打點計 時器與電源連接好.,電磁打點計時器,紙帶,圖1,2.打紙帶：在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物停靠在打點計時器附近.先接通電源后釋放紙帶，讓重物拉著紙帶自由下落.重復幾次，得到3～5條打好點的紙帶.,3.選紙帶：從打好點的紙帶中挑選點跡清
3、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…，如圖乙所示. 4.測距離：用刻度尺測出0到1、2、3…的距離，即為對應下落的高度h1、h2、h3….,四、數(shù)據(jù)處理,2.機械能守恒定律的驗證 方法一：利用起始點和第n點.,方法三：圖像法(如圖2所示). 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. 五、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. 六、實驗注意事項 1.打點計時器安裝要穩(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.本實驗中的幾種驗證方法均不需要測重物的質(zhì)量m.,題型演練,,例1 在驗證機械能守恒定律的實驗中有位同學按以下步驟進行實驗操作： A.用天平稱出重錘和夾子的質(zhì)量； B.固定好打點計時器，將連著重錘的紙帶穿過限位孔，用手提住，且讓手 盡量靠近打點計時器； C.松開紙帶，接通電源，開始打點.并如此重復多次，以得到多條打點紙帶； D.取下紙帶，挑選點跡清晰且開始的兩點間距接近2 mm的紙帶，
5、記下起始 點O，在距離O點較近處選擇幾個連續(xù)的計數(shù)點(或計時點)，并計算出各 點的速度值； E.測出各計數(shù)點到O點的距離，即得到重錘的下落高度；,一、實驗原理及基本操作,在以上步驟中，不必要的步驟是____. 有錯誤或不妥的步驟是________.(填寫代表字母) 更正情況是： ①_______________________________________________； ②_____________________________； ③_________________________； ④_________________________.,答案,解析,A,BCDF,B中手應抓住紙
6、帶末端，讓重錘盡量靠近打點計時器,C中應先接通電源，再松開紙帶,D中應選取離O點較遠的點,解析 A步驟不必要，不稱量重錘的質(zhì)量也可驗證機械能守恒定律； B步驟中應讓重錘盡量靠近打點計時器，而不是手靠近； C步驟中應先接通電源，后釋放紙帶； D步驟中應選取離O點較遠的點，這樣測量時距離較遠，測量的相對誤差較小；,在驗證機械能守恒定律的實驗中，對步驟的要求主要注意以下幾點： (1)安裝打點計時器時要豎直且固定好，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
7、.,針對訓練 (多選)用自由落體法驗證機械能守恒定律，就是看 是否等于mghn(n為計數(shù)點的編號0、1、2…n).下列說法中正確的是 A.打點計時器打第一個點0時，重物的速度應為零 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vn＝gtn計算vn時，tn＝(n－1)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的瞬時速度，B正確；,,二、數(shù)據(jù)處理及誤差分析,例2 某實驗小組“用落體法驗證機械能守恒定律”，
8、實驗裝置如圖3甲所示.實驗中測出重物自由下落的高度h及對應的瞬時速度v，計算出重物減少的重力勢能mgh和增加的動能 ，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恒.請根據(jù)實驗原理和步驟完成下列問題：,圖3,(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錯誤.,(2)如圖乙是該實驗小組得到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
9、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ΔEp＝_____ J；重物增加的動能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 重力勢能減小量ΔEp＝mgh＝0.59.80.436 5 J≈2.14 J.利用勻變
10、速直線運動的推論：,(3)實驗小組的同學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為縱軸作出圖像，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,解析,圖像的斜率等于19.52，約為重力加速度g的兩倍，故能 驗證,,三、創(chuàng)新實驗設計,例3 利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖4所示.,圖4,(1)實驗步驟： ①將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導軌調(diào)至水平. ②用
11、游標卡尺測出擋光條的寬度l＝9.30 mm. ③由導軌標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，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)字計時器(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)用表示直接測量量的字母寫出下列物理量的表達式. ①滑塊通過光電門1和光電門2時，瞬時
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的平均速度當成瞬時速度，擋光條的寬度l可用游標卡尺測量，擋光時間Δt可從數(shù)字計時器上讀出.因此，滑塊通過光電門1和光電門2時的瞬時速度分別為,②當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和 砝碼)的總動能分別為Ek1＝____________和Ek2＝____________.,答案,解析,解析 當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)的總動能分別為,③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝_____(重力加速度為g).,答案,解析,解析 在
13、滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)重力勢能的減少量ΔEp＝mgs.,mgs,(3)如果ΔEp＝________，則可認為驗證了機械能守恒定律.,答案,解析,解析 如果在誤差允許的范圍內(nèi)ΔEp＝Ek2－Ek1，則可認為驗證了機械能守恒定律.,Ek2－Ek1,達標檢測,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.(實驗器材及誤差分析)如圖5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_____.(
14、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,圖5,AD,答案,解析,1,2,(2)實驗中產(chǎn)生誤差的原因有：__________________寫出兩個原因即可).,解析 造成誤差的原因有：①紙帶和打點計時器之 間有摩擦. ②用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差. ③計算勢能變化時，選取始末位置過近.,答案,解析,1,2,答案 ①紙帶和打點計時器a之間有摩擦. ②用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差. ③計算勢能變化時，選取始末位置過近.(任選其二),(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___.,答案,解析
15、,1,2,B,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)若實驗中所用重物的質(zhì)量m＝1 kg，打點紙帶如圖6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,在實驗誤差允許范圍內(nèi)機械能守恒,圖6,1,2,
2018-2019學年高中物理 第四章 機械能和能源 5 課時2 實驗：驗證機械能守恒定律課件 教科版必修2.ppt
