2018-2019學(xué)年高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4.2.2 研究機(jī)械能守恒定律(二)學(xué)案 滬科版必修2.doc
《2018-2019學(xué)年高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4.2.2 研究機(jī)械能守恒定律(二)學(xué)案 滬科版必修2.doc》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4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4.2.2 研究機(jī)械能守恒定律(二)學(xué)案 滬科版必修2.doc(13頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
4.2.2 研究機(jī)械能守恒定律(二) ——實(shí)驗(yàn)探究:驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.理解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路,明確實(shí)驗(yàn)中需要直接測(cè)量的物理量.2.知道實(shí)驗(yàn)中選取測(cè)量點(diǎn)的有關(guān)要求,會(huì)根據(jù)紙帶測(cè)定物體下落的高度,掌握測(cè)量瞬時(shí)速度的方法.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. 一、實(shí)驗(yàn)原理 只有重力對(duì)物體做功的過(guò)程,比較物體重力勢(shì)能的變化量與動(dòng)能變化量,若滿足ΔEp=-ΔEk,則說(shuō)明機(jī)械能守恒. 二、兩種驗(yàn)證方案 方案一 用單擺和DIS裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒 1.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)如圖1,在鐵架臺(tái)上端用鐵架懸掛一個(gè)擺球. 圖1 (2)在方格紙上確定4至5個(gè)點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn). (3)安裝光電傳感器,并使之與數(shù)據(jù)采集器相連接. (4)讓擺球從某一高度向下擺動(dòng).分別測(cè)定擺球在擺動(dòng)過(guò)程中任意時(shí)刻的動(dòng)能和重力勢(shì)能. (5)研究每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上機(jī)械能的總量有什么特點(diǎn). 2.注意事項(xiàng) (1)小球運(yùn)動(dòng)時(shí),應(yīng)使其軌跡在一豎直面內(nèi),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(guò)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(kāi)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,即為對(duì)應(yīng)下落的高度h1、h2、h3……. 2.?dāng)?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=vB2-vA2,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(guò)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?。? (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(kāi)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. (5)速度不能用v=gt或v=計(jì)算,應(yīng)根據(jù)紙帶上測(cè)得的數(shù)據(jù),利用vn=計(jì)算瞬時(shí)速度. 一、實(shí)驗(yàn)原理及基本操作 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(guò)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(kāi)紙帶,接通電源,開(kāi)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(kāi)始的兩點(diǎn)間距接近2 mm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; F.計(jì)算出mghn和mv n2,看兩者是否相等. 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(xiě)代表字母) 更正情況是: ①________________________________________________________________________; ②________________________________________________________________________; ③________________________________________________________________________; ④________________________________________________________________________. 答案 A BCDF ①B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 ②C中應(yīng)先接通電源,再松開(kāi)紙帶?、跠中應(yīng)選取離O點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)?、蹻中應(yīng)計(jì)算ghn和vn2的值 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;F步驟中應(yīng)計(jì)算ghn和vn2的值,若m沒(méi)有測(cè)量,就不能計(jì)算出mghn、mvn2具體的值. 【考點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)步驟 【題點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)步驟 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 AB 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;本實(shí)驗(yàn)中,不需要測(cè)量重物的質(zhì)量,因?yàn)楣絤gh=mv2的兩邊都有m,故只要gh=v2成立,mgh=mv2就成立,機(jī)械能守恒定律也就被驗(yàn)證了,C錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用公式vn=來(lái)計(jì)算vn,D錯(cuò)誤. 【考點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理 【題點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理 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”,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(guò)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(wèn)題: 圖4 (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 (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27.94 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(guò)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) (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 (1)BC (2)2.14 2.12 重物下落過(guò)程中受到阻力作用 (3)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 解析 (1)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)重力勢(shì)能減小量ΔEp=mgh=0.59.80.436 5 J≈2.14 J.利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論: vD== m/s=2.91 m/s, EkD=mvD2=0.52.912 J≈2.12 J,動(dòng)能增加量ΔEk=EkD-0=2.12 J.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)根據(jù)表達(dá)式mgh′=mv2,則有v2=2gh′; 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. 【考點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的數(shù)據(jù)處理和誤差分析 【題點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的數(shù)據(jù)處理和誤差分析 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5所示. 圖5 (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(mén)中心間的距離s=________ cm. ④將滑塊移至光電門(mén)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(guò)光電門(mén)2. ⑤從數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫(huà)出)上分別讀出擋光條通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)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(pán)和砝碼的總質(zhì)量m. (2)用表示直接測(cè)量量的字母寫(xiě)出下列物理量的表達(dá)式. ①滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí),瞬時(shí)速度分別為v1=________和v2=________. ②當(dāng)滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí),系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤(pán)和砝碼)的總動(dòng)能分別為Ek1=________和Ek2=________. ③在滑塊從光電門(mén)1運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)2的過(guò)程中,系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp=________(重力加速度為g). (3)如果ΔEp=________,則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律. 答案 (1)③60.00(59.96~60.04) (2)① ?、?M+m)2 (M+m)2?、踡gs (3)Ek2-Ek1 解析 (1)③距離s=80.30 cm-20.30 cm=60.00 cm. (2)①由于擋光條寬度很小,因此可以將擋光條通過(guò)光電門(mén)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(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí)的瞬時(shí)速度分別為v1=,v2=. ②當(dāng)滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí),系統(tǒng)的總動(dòng)能分別為 Ek1=(M+m)v12=(M+m)2; Ek2=(M+m)v22=(M+m)2. ③在滑塊從光電門(mén)1運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)2的過(guò)程中,系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp=mgs. (3)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. 【考點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 【題點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 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(wèn)題: 圖6 (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.6 V直流電源 D.6 V交流電源 (2)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因有:_____________________________(寫(xiě)出兩個(gè)原因即可). (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(guò)時(shí)受到較大阻力,這樣將造成________. A.不清楚 B.mgh>mv2 C.mgh- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
- 2.下載的文檔,不會(huì)出現(xiàn)我們的網(wǎng)址水印。
- 3、該文檔所得收入(下載+內(nèi)容+預(yù)覽)歸上傳者、原創(chuàng)作者;如果您是本文檔原作者,請(qǐng)點(diǎn)此認(rèn)領(lǐng)!既往收益都?xì)w您。
下載文檔到電腦,查找使用更方便
9.9 積分
下載 |
- 配套講稿:
如PPT文件的首頁(yè)顯示word圖標(biāo),表示該P(yáng)PT已包含配套word講稿。雙擊word圖標(biāo)可打開(kāi)word文檔。
- 特殊限制:
部分文檔作品中含有的國(guó)旗、國(guó)徽等圖片,僅作為作品整體效果示例展示,禁止商用。設(shè)計(jì)者僅對(duì)作品中獨(dú)創(chuàng)性部分享有著作權(quán)。
- 關(guān) 鍵 詞:
- 2018-2019學(xué)年高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4.2.2 研究機(jī)械能守恒定律二學(xué)案 滬科版必修2 2018 2019 學(xué)年 高中物理 能量 守恒 可持續(xù)發(fā)展 4.2 研究 機(jī)械能 守恒定律
鏈接地址:http://m.jqnhouse.com/p-6170370.html