7.9　實驗：驗證機械能守恒定律課件（人教版必修2）

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第九節(jié) 實驗：驗證機械能守恒定律,課標定位 學習目標：1.掌握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、方法和過程． 3．會處理實驗數(shù)據(jù)，并能對實驗結果進行討論及誤差分析． 重點難點：實驗條件的控制及數(shù)據(jù)處理．,,,,,,,,,,,,核心要點突破,課堂互動講練,知能優(yōu)化訓練,第九節(jié),,課前自主學案,課前自主學案,一、實驗原理 1．機械能守恒定律 (1)當只有重力做功時，物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉化，但機械能的總量保持不變． (2)做自由落體運動的物體，只受重力作用，其機械能是守恒的．,2．實驗原理 (1)如圖7－9－1所示，借助打點計時器打出的紙帶，測出物體自由下落的高度h和該時刻的速度v，以紙帶上的第n個點為例， 圖7－9－1,二、實驗器材 鐵架臺(帶鐵夾)，打點計時器，重物(帶紙帶夾子)，紙帶，復寫紙，導線，毫米刻度尺，學生電源． 三、探究步驟 1．安裝置：將打點計時器固定在鐵架臺上；用導線將打點計時器與低壓交流電源相連接．,2．接電源，打紙帶：把紙帶的一端在重物上用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近，接通電源，待打點穩(wěn)定后松開紙帶，讓重物自由下落．重復幾次，打下3～5條紙帶． 3．選紙帶：選取點跡較為清晰的，挑選紙帶上第一個點及距離第一個點較遠的點，并依次標上0,1,2,3….,核心要點突破,其中，第1種方法是根據(jù)機械能守恒定律mgh＝mv2得到的，而我們的目的是驗證機械能守恒定律，顯然不能用． 第2種方法認為加速度為g，由于各種摩擦阻力不可避免，所以實際下落加速度必將小于g，而下落高度h是直接測量的，這樣將得到機械能增加的結論，故這種方法也不能用．,②實驗時必須保持提起的紙帶豎直，手不動，待接通電源，讓打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶，以保證第一點是一個清晰的點． ③測量高度h時，應從起始點算起．為減小h的相對誤差，選取的計數(shù)點要離起始點遠些，紙帶也不宜過長，有效長度可在60 cm～80 cm.,三、注意事項 1．安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，以減小摩擦阻力． 2．應選用質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，可使空氣阻力減?。?3．實驗時，應先接通電源，讓打點計時器工作正常后再松開紙帶讓重物下落．,2．系統(tǒng)誤差：實驗過程中要克服阻力(主要是打點計時器的阻力)做功，故動能的增加量ΔEk必定稍小于勢能的減少量ΔEp.再者，交流電的頻率f不是50 Hz也會帶來系統(tǒng)誤差．若f＞50 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小，周期值偏大，算得的速度值偏小，動能值也就偏小，使Ek＜Ep的誤差進一步加大；根據(jù)同樣的道理，若f＜50 Hz，則可能出現(xiàn)Ek＞Ep的結果．,課堂互動講練,(2010年高考課標全國卷)如圖7－9－3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、天平．回答下列問題：,圖7－9－3,(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．0～12 V的直流電源 D．0～12 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),【精講精析】 (1)用A項米尺測量長度，用D項交流電源供打點計時器使用．(2)紙帶與打點計時器之間有摩擦；用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差；計算勢能變化時選取的始末兩點距離過近；交流電頻率不穩(wěn)定． 【答案】 (1)A、D (2)紙帶與打點計時器之間有摩擦；用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差；計算勢能變化時，選取的兩點距離過近；交流電頻率不穩(wěn)定．(選取兩個原因即可),(2011年廣州高一檢測)某同學做驗證機械能守恒定律實驗時，不慎將一條挑選出的紙帶一部分損壞，損壞的是前端部分．剩下的一段紙帶上各相鄰點間的距離已測出標在圖7－9－4中，單位是cm.已知打點計時器工作頻率為50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.,圖7－9－4,(1)重物在2點的速度v2＝________，在5點的速度v5＝________，此過程中動能增加量ΔEk＝________，重力勢能減少量ΔEp＝________. (2)比較得ΔEk________ΔEp(填“大于”“等于”“小于”)，原因是__________________．由以上可得出實驗結論____________________．,(3)根據(jù)實驗判斷下列圖象正確的是(其中ΔEk表示物體動能的變化，Δh表示物體下落的高度)( ) 圖7－9－5,【思路點撥】 求某一點的速度時應根據(jù)中間時刻的瞬時速度等于該過程的平均速度，可求出在打第2個點和打第5個點時重物的瞬時速度．在運動過程中，存在空氣阻力和紙帶與打點計時器間的摩擦阻力，因此物體在下落過程中減少的重力勢能并不等于增加的動能．,(2)顯然ΔEkΔEp，原因是實驗中重錘要克服阻力做功．由以上可得出實驗結論為：在誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒． (3)物體機械能守恒，應有物體減少的重力勢能轉化為增加的動能，即ΔEk＝mgΔh，可見物體增加的動能與下落的距離成正比，選項C正確．,【答案】 (1)1.50 m/s 2.075 m/s 1.03m J 1.06m J (2)小于 實驗中重錘要克服阻力做功 在誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒 (3)C 【易誤警示】 解答該題時千萬不可認為既然機械能是守恒的，就直接將動能的增加量等于重力勢能的減少量．因為該題是要求通過實驗驗證機械能守恒定律的，是否守恒要通過實驗數(shù)據(jù)的計算來說明．,(2010年高考海南卷改編)利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意如圖7－9－6所示： 圖7－9－6,(1)實驗步驟： ①將氣墊導軌放在水平面上，桌面高度不低于1 m，將導軌調至水平； ②用游標卡尺測量擋光條的寬度為l＝9.30 mm. ③由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離s＝______ cm ④將滑塊移至光電門1左側某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已能過光電門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量M，再稱出托盤和砝碼的總質量m. (2)用表示直接測量量的字母寫出下列所示物理量的表達式； 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＝________.,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＝________. ③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝________(重力加速度為g)． (3)如果ΔEp＝________，則可認為驗證了機械能守恒定律．,【方法總結】 氣墊導軌與滑塊之間靠空氣接觸，二者之間的摩擦很小，可以忽略不計，所以在用此裝置做實驗時，沒有必要再平衡摩擦力了．,知能優(yōu)化訓練,本部分內(nèi)容講解結束,點此進入課件目錄,按ESC鍵退出全屏播放,謝謝使用,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,