高三物理第一輪復習 第六章 第四單元 第7課時 實驗驗證機械能守恒定律課件 必修2

1、第四單元　 實驗與探究第7課時　實驗：驗證機械能守恒定律,必修2　 第六章　機械能和能源,,基礎回顧,實驗原理驗證在只有________作用的自由落體運動中，物體的重力勢能和動能可以相互________，但總機械能________．,答案：重力　轉(zhuǎn)化　守恒,要點深化,1．實驗目的驗證機械能守恒定律2．實驗原理只有重力做功的情況下，物體的重力勢能和動能可以相互轉(zhuǎn)化，但總的機械能守恒，利用儀器記錄下物體自由下落的高度h及

2、計算出瞬時的速度v，從而驗證物體在自由下落過程中，重力勢能減少量ΔEp＝mgh與物體動能的增加量 相等 。,物體做自由落體運動時，只受重力的作用，機械能守恒．即物體重力勢能的減少等于動能的增加，設物體質(zhì)量為m，利用打點計時器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度h，計算出瞬時速度v，則重力勢能的減少量ΔEp＝mgh，,動能的增加量ΔEk＝ mv2，比較ΔEp和ΔEk在誤差允許的范圍

3、內(nèi)是否相等，從而驗證機械能守恒定律．3．實驗器材鐵架臺(帶鐵夾)，打點計時器，重錘(帶紙帶夾子)，紙帶數(shù)條，復寫紙片，導線，毫米刻度尺，學生電源(交流4～6 V)．,4．實驗步驟與數(shù)據(jù)處理(1)如下圖所示，把打點計時器安裝好，連接好電路；,(2)將紙帶穿過打點計時器，紙帶下端用夾子與重物(鉤碼或另選用重錘)相連，手提紙帶上端使重物靜止在靠近打點計時器的地方，保持紙帶豎直；(3)接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計時器就在紙帶上

4、打下一系列的點；(4)更換紙帶，重復實驗幾次，從打出的紙帶中挑出第一、二點間距離接近2 mm，且點跡清晰的一條紙帶，如下圖所示；,(5)在所選紙帶的第一個點跡旁標上0，然后在紙帶上選取五個連續(xù)點標上1、2、3、4、5，用刻度尺量出各點到0點的距離h1、h2、h3、h4、h5；,(6)用公式 計算2、3、4各點對應的瞬時速度；(7)計算2、3、4各點對應的重力勢能減少量mghn和動能

5、增加量 ，進行比較，得出結(jié)論．5．誤差分析及減少誤差的做法(1)由于測長度帶來的誤差屬于偶然誤差，減少誤差的方法一是測距離都應從0點量起，二是多測幾次取平均值．(2)實際上重物和紙帶下落過程中要克服阻力(主要是打點計時器的阻力)做功，故動能的增加量ΔEk必定稍小于重力勢能的減少量ΔEp，這是屬于系統(tǒng)誤差．為了減小空氣阻力和紙帶所受阻力的影響，選擇的重物應密度較大，安裝打點計時器應保持兩限位孔在同一條豎直線上

6、或選用電火花計時器．,,,題型一　 紙帶數(shù)據(jù)處理探究機械能是否守恒,紙帶數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵是求出重物下落的高度h和到達某點的瞬時速度vn，h為某點到起始點O的距離，n點的速度等于(n－1)點和(n＋1)點之間的平均速度．　在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用的電源的頻率為50 Hz，查得當?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80 m/s2，測得所用的重物質(zhì)量為1.00 kg.實驗中得到一條點跡清晰的紙帶(如下圖所示)，把第一個

7、點記為O，另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量的點，經(jīng)測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別為62.99 cm,70.18 cm,77.76 cm，85.73 cm.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點運動到C點，重力勢能的減少量等于________J，動能的增加量等于_______J(取3位有效數(shù)字)，由此說明,,解析：由題意知重物由O點運動至C點，下落的高度為hC＝OC，hC＝77.76 cm＝0.7776 m所以，重力勢能的減少量

8、ΔEp為：ΔEp＝mghC＝1.00 kg×9.80 m/s2×0.7776 m≈7.62 J.重物經(jīng)過C點的即時速度vC可由下式求出：,答案：7.62 J　7.57 J　在誤差允許的范圍內(nèi)機械能守恒,≈7.57 J.,題型訓練,1．在用自由落體運動驗證機械能守恒定律時，某同學按照正確的操作得到如下圖所示的紙帶．其中O是起始點，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的3個點，該同學用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點的距離

9、，并記錄在圖中(單位：cm)．已知接打點計時器的電源的頻率為50 Hz，重的有質(zhì)量為1 kg，當?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8 m/s2.,(1)這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是________段，應記作__________cm.,(2)該同學用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，先計算出該段重錘的重力勢能的減少量為________；接著從打點計時器打下的第一個點O數(shù)起，數(shù)到圖中的B點是打點計時器打下的第9個點．因此他用vB＝gt計算出

10、跟B點對應的物體的即時速度，得到動能的增加量為_________(均保留三位有效數(shù)字)．這樣他發(fā)現(xiàn)重力勢能的減少量__________(填“大于”或“小于”)動能的增加量，造成這一誤差的原因是______________________________________,答案：(1)OC　15.70　(2)1.22 J　1.23 J　小于　v是按照自由落體計算的，實際上重錘下落的加速度因阻力作用而小于g，以vB＝gt計算重錘到B點的速度明

11、顯偏大，故計算的動能偏大，造成以上誤差,,題型二　 創(chuàng)新性驗證機械能守恒定律,利用光電門測時儀來驗證機械能守恒定律是目前常見的實驗創(chuàng)新題，這類題關(guān)鍵在掌握計算滑塊通過每個光電門的速度，即用滑塊的長度除以滑塊通過光電門的時間．這里基于時間要極小，滑塊在某段時間內(nèi)的平均速度即可作為在該時間段任意一點的瞬時速度．,如右圖是一種光電計時器，它是一種研究物體運動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當有物體

12、從a、b間通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間．,利用如右圖裝置驗證小球自由下落的過程中機械能是否守恒：在豎直放置的立柱上端有一個電磁鐵，通電時，小球被吸在電磁鐵上，斷電時，小球自由下落，計時裝置開始計時．立柱上有兩個可調(diào)距離的光電門．當小球經(jīng)過每個光電門時，光電計時裝置能測出小球通過每個光電門的時間，計算出通過光電門的速度，再測出兩個光電門的距離，便能進行計算驗證．,(1)為準確實驗和測量，除了上面提到的實驗裝置之外，至少還需

13、要兩種實驗器材，需要哪兩種？__________________、________________.(2)若測出小鋼球的直徑為L，兩次經(jīng)過光電門的時間分別為Δt1和Δt2，則小鋼球先后通過兩個光電門時的瞬時速度v1、v2分別是 v1＝________，v2＝________.(3)若測出兩個光電門的距離為S，在本實驗中，實驗數(shù)據(jù)滿足一個怎樣的關(guān)系式才算是驗證了機械能守恒？答：___________________________

14、_______,解析：(1)通過游標卡尺測量小鋼球的直徑，通過毫米刻度尺測量兩個光電門的距離；(2)光電門記錄的瞬時速度取經(jīng)過光電門時的平均速度，,即 (3)如果機械能守恒，則有： 因質(zhì)量相同，故用

15、 即可驗證機械能守恒．,答案：(1)游標卡尺　毫米刻度尺,題型訓練,2.某班同學利用光電計時器驗證物體沿斜面下滑過程中機械能守恒定律．如右圖所示，斜面的傾角為30°.讓小鐵塊P從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為5.0×10－2 s和2.0×10－2 s．,已知小鐵塊質(zhì)量為2.00 kg，小鐵塊沿斜面方向的長度為5.00 cm，光電門1和2之間

16、的距離為0.60 m，g取9.80 m/s2，取小鐵塊經(jīng)過每個光電門時的速度為其平均速度．,(1)小鐵塊經(jīng)過光電門1時的速度v1＝______m/s，經(jīng)過光電門2時的速度v2＝_____m/s.(2)小鐵塊經(jīng)過光電門1、2之間動能的增加量為________J，重力勢能的減少量為________J.,(3)由(2)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)動能的增加量________(選填大于或小于)重力勢能的減小量，這是由于______________________

17、_______,解析：(1)光電門記錄的瞬時速度取經(jīng)過光電門時的平均速度，即,(2)動能的增加量,＝5.25 J,重力勢能的減少量ΔEp＝mgs12sin 30°＝2×9.8×0.6×0.5 J＝5.88 J.(3)由②數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)動能的增加量小于重力勢能的減小量，這是由于斜面對小鐵塊的摩擦力做功而造成機械能的損失．答案：(1)1.00　2.50　(2)5.25　5.88　(3)小于　斜面對小鐵