《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 研究機械能守恒定律(二)課件 滬科版必修2.ppt》由會員分享，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 研究機械能守恒定律(二)課件 滬科版必修2.ppt（36頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、4.2.2 研究機械能守恒定律(二),第4章,——實驗探究：驗證機械能守恒定律,[學(xué)習(xí)目標(biāo)],1.理解實驗的設(shè)計思路，明確實驗中需要直接測量的物理量. 2.知道實驗中選取測量點的有關(guān)要求，會根據(jù)紙帶測定物體下落的高度，掌握測量瞬時速度的方法. 3.能正確進(jìn)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(xué)以致用 實訓(xùn)演練,達(dá)標(biāo)檢測 檢測評價 達(dá)標(biāo)過關(guān),技能儲備 明確原理 提煉方法,技能儲備,一、實驗原理,只有重力對物體做功的過程，比較物體重力勢能的變化量與動能變化量，若滿足 ，則說明機械能守恒.,二、兩種驗證方案,方案一 用單擺和DIS裝置驗證機

2、械能守恒 1.實驗步驟 (1)如圖1，在鐵架臺上端用鐵架懸掛一個擺球. (2)在方格紙上確定4至5個點作為測量點. (3)安裝光電傳感器，并使之與數(shù)據(jù)采集器相連接.,圖1,ΔEp＝－ΔEk,(4)讓擺球從某一高度向下擺動.分別測定擺球在擺動過程中任意時刻的動能和重力勢能. (5)研究每一個測量點上機械能的總量有什么特點. 2.注意事項 (1)小球運動時，應(yīng)使其軌跡在一豎直面內(nèi)，避免做圓錐擺運動. (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)確測定小球在各位置的瞬時速度，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計時器驗證機械能守恒 1

3、.實驗步驟 (1)安裝置：按圖2甲把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導(dǎo)線把打點計時器與電源連接好.,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條打好點的紙帶.,(3)選紙帶：從打好點的紙帶中挑選點跡清晰且開始的兩點間距接近2 mm的一條紙帶，在起始點標(biāo)上0，以后任取間隔相同時間的點依次標(biāo)上1、2、3……. (4)測距離：用刻度尺測出0到1、2、3……的距離，即為對應(yīng)下落的高度h1、h2、h3……. 2.數(shù)據(jù)處理 (1)計算各點對應(yīng)的瞬時速度：根據(jù)公式vn

4、＝ ，計算出1、2、3…n點的瞬時速度v1、v2、v3…vn.,(2)機械能守恒定律驗證 方法一：利用起始點和第n點. 如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)ghn＝ vn2，則機械能守恒定律得到驗證. 方法二：任取兩點A、B. 如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)ghAB＝ ，則機械 能守恒定律得到驗證. 方法三：圖像法(如圖3所示).,圖3,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.,3.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. 4.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

5、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減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力相對減小.,(3)實驗時，應(yīng)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)本實驗中的兩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(xué)按以下步驟進(jìn)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(fù)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 m

6、m的紙帶，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,A,BCDF,B中手應(yīng)抓住

7、紙帶末端，讓重錘盡量靠近打點計時器 C中應(yīng)先接通電源，再松開紙帶 D中應(yīng)選取離O點較遠(yuǎn)的點,解析,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(yīng)讓重錘盡量靠近打點計時器，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點較遠(yuǎn)的點，這樣測量時距離較遠(yuǎn)，測量的相對誤差較??；,針對訓(xùn)練 (多選)用自由落體法驗證機械能守恒定律，就是看 mvn2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(yīng)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

8、＝(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(yīng)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(yīng)的瞬時速度，B正確；,,例2 某實驗小組“用落體法驗證機械能守恒定律”，實驗裝置如圖4甲所示.實驗中測出重物自由下落的高度h及對應(yīng)的瞬時速度v，計算出重物,二、數(shù)據(jù)處理及誤差分析,圖4,減少的重力勢能mgh和增加的動能 mv2，然后進(jìn)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：,(1)關(guān)于上述實驗，下列說法中正確

9、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(yīng)先接通電源，后釋放紙帶 D.可以利用公式v＝ 來求解瞬時速度,答案,解析,√,√,解析 重物最好選擇密度較大的鐵塊，故A錯誤. 本題是以自由落體運動為例來驗證機械能守恒定律，需要驗證的方程是mgh＝ mv2，因為我們是比較mgh、 mv2的大小關(guān)系，故m可約去，不需要用天平測量重物的質(zhì)量，操作時應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶，故B、C正確. 不能利用公式v＝ 來求解瞬時速度，否則體現(xiàn)不了實驗驗證，卻變成了理論推導(dǎo)，故D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

10、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),重物下落過程中受到阻力作用,2.14,2.12,答案,解析,解析 重力勢能減小量ΔEp

11、＝mgh＝0.59.80.436 5 J≈2.14 J.利用勻變速直線運動的推論：,動能增加量ΔEk＝EkD－0＝2.12 J.由于存在阻力作用，所以減小的重力勢能大于增加的動能.,(3)實驗小組的同學(xué)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__________________________________________________ _____.,圖像的斜率等于19.52，約為重力加速度g的兩倍，故能,驗證,當(dāng)圖像的斜率為重力加速度的2

12、倍時，即可驗證機械能守恒，而圖像的斜率k＝ ＝19.52；因此能粗略驗證自由下落的物體機械能守恒.,答案,解析,,例3 利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖5所示.,三、創(chuàng)新實驗設(shè)計,圖5,(1)實驗步驟： 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.,60.00(59.96～60.04),解析 距離s＝80.30 cm－20.30 cm＝60.00 cm.,答案,解析,④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝 碼靜止時，

13、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(dá)式. ①滑塊通過光電門1和光電門2時，瞬時速度分別為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(dāng)成瞬時速度，擋光條的寬度l可用游標(biāo)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(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑

14、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(dāng)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,mgs,解析 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＝mgs.,(3)如果ΔEp＝________，則可認(rèn)為驗證了機械能守恒定律.,Ek2－Ek1,解析 如果在誤差允許的范圍內(nèi)ΔEp＝Ek2－Ek1，則可認(rèn)為驗證了機械能守恒定律.,達(dá)標(biāo)檢測,1.(實驗器材及誤差分析)如

15、圖6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____.(填入正確選項前的字母) A.米尺 B.秒表 C.6 V直流電源 D.6 V交流電源,答案,解析,1,2,圖6,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6 V交流電源；所以選項A、D正確.,√,√,(2)實驗中產(chǎn)生誤差的原因有：___________________ ______________________________________________ _________

16、_____________________________________ ______(寫出兩個原因即可).,答案,解析,1,2,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.,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.(任選其二),答案,解析,1,2,(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____.,解析 由于阻力的作用，物體重力勢能的減少量大于動能的增加量，即mgh> mv2，選項B正確

17、.,√,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(yīng)接近______.,答案,解析,1,2,重物從靜止開始自由下落,2 mm,(2)若實驗中所用重物的質(zhì)量m＝1 kg，打點紙帶如圖7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)果保留三位有效數(shù)字).,答案,解析,1,2,圖7,在實驗誤差允許范圍內(nèi)機械能守恒,0.585 m/s,0.171 J,0.172 J,1,2,