高中物理（情景切入+課前導讀+問題探究+知能演練）第7章 第9節(jié) 實驗 驗證機械能守恒定律課件 新人教版必修2

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1、第九節(jié)實驗：驗證機械能守恒定律第九節(jié)實驗：驗證機械能守恒定律轉(zhuǎn)動滾擺，將弦線均勻地繞在它的木軸上，這時軟彈簧處于伸長狀態(tài)，釋放滾擺后，由于彈簧的拉力，使?jié)L擺飛速地旋轉(zhuǎn)，待彈簧恢復到平衡位置時，由于滾擺轉(zhuǎn)動的慣性，再一次將彈簧拉長，如此反復地運動找些器材動手做一做，并想一想其中的道理1利用自由落體運動驗證機械能守恒定律2知道實驗的原理、方法、過程3對實驗結(jié)果的討論及誤差分析課前預習1本實驗的目的是_2本實驗中，重物的質(zhì)量用_測出3重物下落的高度等于_4根據(jù)紙帶求速度：(1)測量瞬時速度的更為簡單而準確的方法是：做勻變速直線運動的紙帶上某點的瞬時速度，等于_的平均速度驗證機械能守恒定律天平紙帶上某

2、兩點的距離相鄰兩點間(2)推導過程：由于紙帶做勻加速運動，故有A、C之間的平均速度AC .又根據(jù)速度公式有vB_，vC_，故有 vBvA_，即2vBvAvC，從而，vB_.ACvAat_vBatvCvBv實驗的原理及方法是怎樣的？實驗如何進行？1原理在物體自由下落的過程中，只有重力對物體做功，遵守機械能守恒定律，即重力勢能的減少量等于動能的增加量利用打點計時器在紙帶上記錄下來的物體自由下落的高度h，計算出瞬時速度v，便可驗證物體重力勢能的減少量Epmghn與物體動能的增加2器材鐵架臺(帶鐵夾)、打點計時器、重物(帶紙帶夾子)、紙帶幾條、復寫紙片、導線、刻度尺、學生電源3實驗步驟(1)按圖將打點

3、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(2)把紙帶的一端在重物上用夾子固定好，另一端穿過計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近(3)先接通電源后松手，讓重物帶著紙帶自由下落(4)重復幾次，得到35條打好點的紙帶(5)在打好點的紙帶中挑選點跡清晰且第1、2兩個計時點間距離接近2 mm的一條紙帶，在起始點標上0，以后各點依次標上1、2、3用刻度尺測出對應下落高度h1、h2、h3嘗試應用1在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，下列物理量中需要用工具測量的有_；通過計算得到的有_A重錘的質(zhì)量B重力加速度C重錘下落的高度D與重錘的下落高度對應的重錘的瞬時速度解析：通過實驗原

4、理可知，只要確定了重錘減少的重力勢能等于增加的動能，即mgh mv2就能得出結(jié)論由于驗證的是一個等量關(guān)系，而無須求出重力勢能或動能的具體數(shù)12答案：C D實驗數(shù)據(jù)處理的方法是什么？1紙帶的選取關(guān)于紙帶的選取，分兩種情況加以說明：嘗試應用2如圖是用自由落體法驗證機械能守恒定律時得到的一條紙帶有關(guān)尺寸在圖中已注明我們選中n點來驗證機械能守恒定律下面舉一些計算n點速度的方法，其中正確的是()An點是第n個點，則vngnTBn點是第n個點，則vng(n1)TCD實驗中有哪些需要注意的事項？誤差來源減小誤差的措施實驗注意事項阻力的影響設(shè)法減小阻力打點計時器應安裝穩(wěn)固，限位孔在一豎直線上，減小紙帶與限位孔

5、間的摩擦阻力減小重物體積可減小空氣阻力增大重物重力選用密度大的重物，一般用鐵塊實驗操作不當調(diào)節(jié)打點計時器注意將打點計時器接在低壓交流電源上，調(diào)節(jié)好振針的長度，使點跡清晰注意釋放紙帶與接通電源的順序接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后再釋放紙帶讓重物自由下落選擇紙帶選擇點跡清晰的紙帶，最好是第1點和第2點間距接近2 mm的紙帶測量誤差h誤差防止分段測量增大誤差各點對應的下落高度均從起點測量，不可用累加法，否則將增大誤差v誤差減小相對誤差用vn 比用vn 相對誤差小名師提示：重物在拖著紙帶下落過程中必然受到阻力作用，主要是打點計時器與紙帶的摩擦力以及空氣的阻力克服這些阻力做功要消耗能量，所以重錘動能的

6、增加量Ek必定小于重力勢能的減少量Ep.這是實驗設(shè)計上帶來的系統(tǒng)誤差減小這種誤差的方法有：使打點計時器的限位孔在同一豎直線上，適當增加重錘的質(zhì)量，減小重錘的體積等方法來減小系統(tǒng)誤差嘗試應用3下列關(guān)于“驗證機械能守恒定律”實驗的實驗誤差的說法中，正確的是()A重物質(zhì)量的稱量不準會造成較大誤差B重物質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差C重物質(zhì)量選用得較小些，有利于減小誤差D先釋放紙帶后接通電源會造成較大誤差BD數(shù)據(jù)分析 在驗證機械能守恒定律的實驗中，打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，當?shù)刂亓铀俣鹊闹禐?.80 m/s2，測得所用重物的質(zhì)量為1.00 kg.甲、乙、丙三個學生分別用同一裝置打出三條紙

7、帶，量出各紙帶上第一、二兩點間的距離分別為0.18 cm、 0.19 cm和0.25 cm，可看出其中肯定有一個學生在操作上有錯誤，操作有錯誤的是_若按實驗要求正確地選出紙帶進行測量，量得連續(xù)三點A、B、C到第一個點的距離如圖所示(相鄰計數(shù)點時間間隔為 0.02 s)，那么：(1)紙帶的_端與重物相連；(2)打點計時器打下計數(shù)點B時，物體的速度vB_；(3)從起點O到打下計數(shù)點B的過程中重力勢能減少量是Ep_，此過程中物體動能的增加量Ek_；(4)通過計算，數(shù)值上Ep_ Ek(填“”、“”或“”)，這是因為_；(5)實驗的結(jié)論是：_.(4)由以上計算知，EpEk，這是因為實驗中有摩擦力和空氣阻

8、力等的存在，重物要克服阻力做功而損失機械能(5)在實驗誤差允許范圍內(nèi)，機械能守恒答案：丙同學(1)左(2)0.98 m/s(3)0.49 J0.48 J(4)實驗中存在摩擦力和空氣阻力，重物克服阻力做功損失機械能(5)在實驗誤差允許范圍內(nèi)機械能守恒變式應用1在用自由落體做“驗證機械能守恒定律”的實驗中，測出了紙帶上連續(xù)5個間隔的距離，重物的質(zhì)量為m kg，從B到D重物重力勢能的減少量Ep_J；重物動能增加量 Ek_J.答案：0.570m0.546m實驗設(shè)計 如圖所示，兩個質(zhì)量分別為 和 的物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端（ ），1、2是兩個光電門.用此裝置驗證機械能守恒定律.1m2

9、m1m2m（1）實驗中除了記錄物塊B通過兩光電門時的速度v1、v2外，還需要測量的物理量是 .（2）用已知量和測量量寫出驗證機械能守恒的表達式 .解析：解析：A、B運動過程中，若系統(tǒng)的機械能守恒，則有 ，所以除了記錄物體B通過兩光電門時的速度 、 外，還需要測的物理量有： 和 ，兩光電門之間的距離 .)(2121222121vvmmghmghm1m2mh2v1v答案：答案：（1）A、B兩物塊的質(zhì)量 和 ，兩光電門之間的距離(2)名師歸納：名師歸納：解決這類創(chuàng)新型的實驗題，關(guān)鍵在于明確實驗目的、實驗原理，從而進一步分析設(shè)計實驗方案，測量相應的物理量是為了服務于實驗目的.1m2mh)(21)(21

10、222121vvmmghmm變式應用2如右圖所示裝置可用來驗證機械能守恒定律長度為L的輕繩一端固定在O點，另一端系一擺錘A，在A上放一個小鐵片現(xiàn)將擺錘拉起，使繩偏離豎直方向角，由靜止開始釋放擺錘，當其到達最低位置時，受到豎直擋板P阻擋而停止運動，這時鐵片將做平拋運動而飛離擺錘，用刻度尺量出鐵片的水平位移為s，下落高度為H. (1)要驗證擺錘在運動中機械能守恒，必須求出擺錘初始位置離最低點的高度，其高度應為_，同時還應求出擺錘在最低點時的速度，其速度應為_(2)用實驗中測量的物理量寫出驗證擺錘在運動中機械能守恒的關(guān)系式為_基礎(chǔ)練1某位同學做“驗證機械能守恒定律”的實驗，下列操作步驟中錯誤的是()

11、A把打點計時器固定在鐵架臺上，用導線連接到低壓交流電源上B將連有重錘的紙帶穿過限位孔，將紙帶和重錘提升到一定高度C先釋放紙帶，再接通電源D更換紙帶，重復實驗，根據(jù)記錄處理數(shù)據(jù)解析：本題考查實驗的操作步驟及應注意的問題操作時應先接通電源、再松開紙帶，以確保打下第一個點時，紙帶開始下落，故選項C錯誤答案：C2在驗證機械能守恒定律實驗時，發(fā)現(xiàn)重物減小的重力勢能總是大于重物增加的動能，造成這種現(xiàn)象的原因是()A選用重物的質(zhì)量過大B選用重物的質(zhì)量過小C空氣對重物的阻力和打點計時器對紙帶的阻力D實驗時操作不仔細，實驗數(shù)據(jù)測量不準確C3在驗證機械能守恒定律的實驗中，由于打點計時器限位孔不在同一豎直線上，使紙

12、帶通過時受到較大阻力，則以下關(guān)系正確的是()答案：A4某同學上交的實驗報告顯示重錘增加的動能略大于重錘減少的重力勢能，則出現(xiàn)這一問題的原因可能是()A重錘的質(zhì)量測量錯誤B該同學自編了實驗數(shù)據(jù)C交流電源的頻率不等于50 HzD重錘下落時受到的阻力過大解析：若交流電的頻率f50 Hz，由于速度值仍按頻率為50 Hz計算，頻率的計算值比實際值偏大，周期值偏小，算得的速度值偏大，動能值也就偏大，則可能出現(xiàn)EkEp的結(jié)果正確選項為B、C.答案：BC5在“驗證機械能守恒定律”的實驗中：(1)將下列主要的實驗步驟，按照實驗的合理順序把步驟前的序號填在題后橫線上：A用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器處；B

13、將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過打點計時器的限位孔；C取下紙帶，在紙帶上任選幾點，測出它們與第一個點的距離，并算出重物在打下這幾個點時的瞬時速度；D接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落；E查出當?shù)氐闹亓铀俣萭的值，算出打下各計數(shù)點時的動能和相應的減少的重力勢能，比較它們是否相等；F把測量和計算得的數(shù)據(jù)填入自己設(shè)計的表格里正確步驟是：_.(2)動能值和相應重力勢能的減少值相比，實際上哪個值偏小些？_.解析：(1)正確步驟是BADCFE.(2)由于實驗中存在摩擦阻力和空氣阻力，物體要克服上述阻力消耗能量，所以 Ek增Ep減答案：(1)BADCFE(2)動能值6在利用打點計時器驗證自由下落的物體機械能

14、守恒的實驗中，設(shè)物體在打O點時釋放打點計時器打A點時物體速度為v，如圖所示一同學在實驗報告中填寫如下：v2.36 m/s，h27.73 cm， 2.785 m2/s2，gh2.718 m2/s2由以上數(shù)據(jù)說明在誤差范圍內(nèi)兩者相等，故機械能守恒教師批閱：“數(shù)據(jù)非實驗所得！”老師作此批閱的理由是_ 22v 解析：解析：在本實驗中，由于摩擦力不可避免，所以重力勢能的減少量大于動能的增加量，或者說物體下落的實際加速度ag，所以實驗所測數(shù)據(jù)的實際結(jié)果應是 v2gh.而不是這位同學算得的結(jié)果是 v2gh. (這也是本實驗中為什么不用vgt來計算瞬時速度的原因所在) 答案：見解析1212提高練7右圖為驗證機

15、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、天平回答下列問題：(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停表C012 V的直流電源D012 V的交流電源(2)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有_ _.(寫出兩個原因)解析：(1)需要米尺來測量兩點之間的距離，電磁打點計時器需用交流電源，故選項A、D正確(2)紙帶與電磁打點計時器之間存在摩擦阻力；測量兩點之間距離時的讀數(shù)有誤差；計算勢能變化時，選取的兩點距離過近；交變電流頻率不穩(wěn)定(選取兩個原因即可)答案：(1)AD(2)見解析8利用如圖所示裝置進行“驗證機械能守恒定

16、律”的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h.某班同學利用實驗得到的紙帶，設(shè)計了以下四種測量方案其中正確的是()2gh22vgA用刻度尺測出物體下落的高度h，并測出下落時間t，通過vgt計算出瞬時速度vB用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v 計算出瞬時速度vC根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過h 計算出高度hD用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v解析：物體由靜止開始下落過程中受到空氣阻力和紙帶與打點計時器間的摩擦阻力作用，做的不是自由落體運動，選項A、B錯誤；物體下落的高度是用刻度尺測量的，不是計算的，選項C錯誤；選項D為驗證機械能守恒定律的實驗測量方案，正確答案：D