2018_2019學(xué)年高中物理第4章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展課件（打包6套）滬科版必修2.zip

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避免做圓錐擺運(yùn)動(dòng) 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(zhǔn)確測(cè)定小球在各位置的瞬時(shí)速度 可在小球下部安置一塊擋光片 并確保擋光片在豎直面內(nèi) 方案二用自由落下的重物和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒1 實(shí)驗(yàn)步驟 1 安裝置 按圖2甲把打點(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 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?？吭诖螯c(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)跡清晰且開始的兩點(diǎn)間距接近2mm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 即為對(duì)應(yīng)下落的高度h1 h2 h3 2 數(shù)據(jù)處理 1 計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度 根據(jù)公式vn 計(jì)算出1 2 3 n點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1 v2 v3 vn 2 機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證方法一 利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn) 如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)ghn vn2 則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證 方法二 任取兩點(diǎn)A B 如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)ghAB 則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證 方法三 圖像法 如圖3所示 圖3 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 3 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 4 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 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 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2mm的紙帶 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 答案 A BCDF B中手應(yīng)抓住紙帶末端 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 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)誤差較小 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mvn2是否等于mghn n為計(jì)數(shù)點(diǎn)的編號(hào)0 1 2 n 下列說(shuō)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(lái)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 例2某實(shí)驗(yàn)小組 用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)裝置如圖4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 二 數(shù)據(jù)處理及誤差分析 圖4 減少的重力勢(shì)能mgh和增加的動(dòng)能mv2 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 1 關(guān)于上述實(shí)驗(yàn) 下列說(shuō)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D 可以利用公式v 來(lái)求解瞬時(shí)速度 答案 解析 解析重物最好選擇密度較大的鐵塊 故A錯(cuò)誤 本題是以自由落體運(yùn)動(dòng)為例來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 需要驗(yàn)證的方程是mgh mv2 因?yàn)槲覀兪潜容^mgh mv2的大小關(guān)系 故m可約去 不需要用天平測(cè)量重物的質(zhì)量 操作時(shí)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(lái)求解瞬時(shí)速度 否則體現(xiàn)不了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 卻變成了理論推導(dǎo) 故D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)的距離依次為27 94cm 32 78cm 38 02cm 43 65cm 49 66cm 56 07cm 已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的電源是50Hz的交流電 重物的質(zhì)量為0 5kg 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 Ep J 重物增加的動(dòng)能 Ek J 兩者不完全相等的原因可能是 重力加速度g取9 8m s2 計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字 重物下落過程中受到阻力作用 2 14 2 12 答案 解析 解析重力勢(shì)能減小量 Ep mgh 0 5 9 8 0 4365J 2 14J 利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論 動(dòng)能增加量 Ek EkD 0 2 12J 由于存在阻力作用 所以減小的重力勢(shì)能大于增加的動(dòng)能 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 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 當(dāng)圖像的斜率為重力加速度的2倍時(shí) 即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒 而圖像的斜率k 19 52 因此能粗略驗(yàn)證自由下落的物體機(jī)械能守恒 答案 解析 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5所示 三 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 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1m 將導(dǎo)軌調(diào)至水平 用游標(biāo)卡尺測(cè)出擋光條的寬度l 9 30mm 由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心間的距離s cm 60 00 59 96 60 04 解析距離s 80 30cm 20 30cm 60 00cm 答案 解析 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 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 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 t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 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 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 Ep 重力加速度為g 答案 解析 mgs 解析在滑塊從光電門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 Ep mgs 3 如果 Ep 則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律 Ek2 Ek1 解析如果在誤差允許的范圍內(nèi) Ep Ek2 Ek1 則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1 實(shí)驗(yàn)器材及誤差分析 如圖6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 填入正確選項(xiàng)前的字母 A 米尺B 秒表C 6V直流電源D 6V交流電源 答案 解析 1 2 圖6 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6V交流電源 所以選項(xiàng)A D正確 2 實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因有 寫出兩個(gè)原因即可 答案 解析 1 2 解析造成誤差的原因有 紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦 用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差 計(jì)算勢(shì)能變化時(shí) 選取始末位置過近 紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 之間有摩擦 用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差 計(jì)算勢(shì)能變化時(shí) 選取始末位置過近 任選其二 答案 解析 1 2 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 解析由于阻力的作用 物體重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量 即mgh mv2 選項(xiàng)B正確 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 02s 則所選擇的紙帶第1 2兩點(diǎn)間的距離應(yīng)接近 答案 解析 1 2 重物從靜止開始自由下落 2mm 2 若實(shí)驗(yàn)中所用重物的質(zhì)量m 1kg 打點(diǎn)紙帶如圖7所示 打點(diǎn)時(shí)間間隔為0 02s 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 8m s2 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 答案 解析 1 2 圖7 在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)機(jī)械能守恒 0 585m s 0 171J 0 172J 1 2