《2018-2019學(xué)年高中物理 第四章 機(jī)械能和能源 第五節(jié) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 粵教版必修2.ppt》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 第四章 機(jī)械能和能源 第五節(jié) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 粵教版必修2.ppt（41頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第五節(jié) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,第四章 機(jī)械能和能源,內(nèi)容索引,,自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ),重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí),1.會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度. 2.掌握利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理和方法. 3.設(shè)計(jì)另外一種能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)方案.,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?針對(duì)只有重力對(duì)物體做功的過程，比較物體重力勢(shì)能的變化量與動(dòng)能變化量，若滿足 ，則說明機(jī)械能守恒.,二、實(shí)驗(yàn)原理,ΔEp＝－ΔEk,(一)自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒 1.實(shí)驗(yàn)器材： 鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、 、重物(帶夾子)、 、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、低壓交流電
2、源(4～6 V). 2.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)安裝裝置：按圖1甲所示把打點(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.,三、兩個(gè)驗(yàn)證方案,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,圖1,紙帶,(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(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近.先接通電源后釋放紙帶，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
3、、h3….,3.數(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＝ v n2，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＝ ，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證.,方法三：圖象法(如圖2所示).,圖2,若在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)圖線是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律. 4.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
4、系統(tǒng)誤差.,5.實(shí)驗(yàn)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，可使空氣阻力的影響相對(duì)減小. (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.,(二)用擺球與DISLab系統(tǒng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒 1.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)在鐵架臺(tái)上端用鐵架懸掛一個(gè)擺球(如圖3),(2)在方格紙上確定4至5個(gè)點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn). (3)分別安裝光電傳感器，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)
5、定擺球在擺動(dòng)過程中任意時(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)械能的總量的特點(diǎn).,圖3,2.誤差分析 (1)本實(shí)驗(yàn)中擺球在運(yùn)動(dòng)過程中受到阻力作用，引起實(shí)驗(yàn)中動(dòng)能的增加量小于重力勢(shì)能的減少量. (2)光電傳感器的靈敏度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有影響. 3.注意事項(xiàng) (1)擺球運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)使其軌跡在一豎直面內(nèi)，避免擺球做圓錐擺運(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)定擺球在各位置的瞬時(shí)速度，可在擺球下部安置一塊擋光片，并確保擋光片在豎直面內(nèi).,重點(diǎn)探究,例1 在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，電源的頻率為50 Hz，依次打出的點(diǎn)為0、1、2、3、4、…、n
6、，則： (1)如用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來驗(yàn)證，必須直接測(cè)量的物理量為__________________________、_________________________、_______ _____________________，必須計(jì)算出的物理量為__________________、 _________________，驗(yàn)證的表達(dá)式為_____________________.,,一、實(shí)驗(yàn)原理及基本操作,第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的距離h26,第1點(diǎn)到第3點(diǎn)之間的距離h13,到第7點(diǎn)之間的距離h57,第5點(diǎn),第2點(diǎn)的瞬時(shí)速度v2,第6點(diǎn)的瞬時(shí)速度v6,答案,解析,解析 要驗(yàn)證從第2點(diǎn)到第6
7、點(diǎn)之間的紙帶對(duì)應(yīng)重物的運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，應(yīng)測(cè)出第2點(diǎn)到第6點(diǎn)的距離h26，要計(jì)算第2點(diǎn)和第6點(diǎn)的速度v2和v6，必須測(cè)出第1點(diǎn)到第3點(diǎn)之間的距離h13和第5點(diǎn)到第7點(diǎn)之間的距離h57，機(jī)械能守恒的表達(dá)式為mgh26＝ .,(2)下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是_________(填寫步驟前面的字母). A.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺(tái)上. B.先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落. C.取下紙帶，更換新紙帶(或?qū)⒓垘Х瓊€(gè)面)重新做實(shí)驗(yàn). D.將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用手提著紙帶. E.選擇一條紙帶，用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h1、h2、h3、…、hn，計(jì)算出對(duì)
8、應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、…、vn. F.分別算出 mv n2和mghn，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)看是否相等.,答案,ADBCEF,處理實(shí)驗(yàn)問題，要明確實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，有針對(duì)性的分析問題.,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)).下列說法中正確的是 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,解析,√,√,解析 本實(shí)驗(yàn)的原理是利用重物的自由落體運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.因此打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打
9、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；,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題：,,二、數(shù)據(jù)處理及誤差分析,圖4,(1)關(guān)于上述實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是______. 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＝
10、 來求解瞬時(shí)速度,BC,答案,解析,解析 重物最好選擇密度較大的鐵塊，受到的阻力較小，故A錯(cuò)誤. 本題是以自由落體運(yùn)動(dòng)為例來驗(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)如圖乙是該實(shí)驗(yàn)小組打出的一條點(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、38.0
11、2 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),答案,重物下落過程中受到阻力作用,2.14,2.12,解析,解析 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：,動(dòng)能增加量ΔEk＝EkD－
12、0＝2.12 J.由于存在阻力作用，所以減小的重力勢(shì)能大于動(dòng)能的增加.,(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為縱軸作出圖象，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,圖象的斜率等于19.52 m/s2，約為重力加速度g的兩倍，故能驗(yàn)證,解析,當(dāng)圖象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，,因此能粗略驗(yàn)證自由下落的物體機(jī)械能守恒.,例3 某同學(xué)研究小
13、球擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，他用的DIS的裝置如圖5(a)所示，在實(shí)驗(yàn)中，選擇以圖象方式顯示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，所顯示的DIS圖象如圖(b)所示，圖象的橫軸表示小球距D點(diǎn)的高度h，縱橫表示擺球的重力勢(shì)能Ep、動(dòng)能Ek或機(jī)械能E.,,三、用擺球與DISLab系統(tǒng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,圖5,(1)在圖(b)中，表示小球的動(dòng)能Ek隨小球距D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線是____.,丙,答案,解析,解析 根據(jù)題圖(b)所示的實(shí)驗(yàn)圖象可知，小球的動(dòng)能與重力勢(shì)能之和等于常數(shù)，即在誤差允許范圍內(nèi)，只有重力做功時(shí)，物體的機(jī)械能守恒.,(2)根據(jù)圖(b)所示的實(shí)驗(yàn)圖象，可以得出的結(jié)論是____________________ _
14、________________________________.,只有重力做功時(shí)，物體的機(jī)械能守恒,答案,在誤差允許范圍內(nèi)，,解析,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1,2,3,1.(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.回答下列問題： (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.低壓直流電源 D.低壓交流電源,答案,解析,圖6,AD,解析 在處理數(shù)據(jù)時(shí)需要測(cè)量長(zhǎng)度，故需要米尺；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作時(shí)需要使用低壓交流電源；所以選項(xiàng)A、D正確.,1,2,3,(
15、2)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因有：_____________(寫出兩個(gè)原因即可).,答案,解析,答案 ①紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦. ②用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差. ③計(jì)算勢(shì)能變化時(shí)，選取始末位置過近. ④交流電頻率不穩(wěn)定.(任選其二),1,2,3,解析 造成誤差的原因有：①紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦. ②用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差. ③計(jì)算勢(shì)能變化時(shí)，選取始末位置過近. ④交流電頻率不穩(wěn)定.,1,2,3,(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，使紙帶通過時(shí)受到較大阻力，這樣將造成____.,B,答案,解析,2.(數(shù)據(jù)處理)用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中： (1)
16、運(yùn)用公式 ＝mgh對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求是_______________________， 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s，則所選擇的紙帶第1、2兩點(diǎn)間的距離應(yīng)接近______.,答案,解析,1,2,3,2 mm,重物從靜止開始自由下落,(2)若實(shí)驗(yàn)中所用重物的質(zhì)量m＝1 kg，打點(diǎn)紙帶如圖7所示，打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02 s，則記錄B點(diǎn)時(shí)，重物的速度vB＝_________，重物的動(dòng)能EkB＝________，從開始下落起至B點(diǎn)時(shí)重物的重力勢(shì)能減少量是________，由此可得出的結(jié)論是________________________________________(g＝ 9.8 m/s2
17、，結(jié)果保留三位有效數(shù)字).,答案,解析,1,2,3,在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)重物的機(jī)械能守恒,0.585 m/s,0.171 J,0.172 J,圖7,1,2,3,3.(實(shí)驗(yàn)原理及誤差分析)如圖8所示，兩個(gè)質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1＞m2.現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律. (1)若選定物塊A從靜止開始下落的過程中進(jìn)行測(cè)量，則需要測(cè)量的物理量有____________(填序號(hào)). ①物塊的質(zhì)量m1、m2； ②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間； ③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時(shí)間； ④繩子的長(zhǎng)度.,答案,1,2,3,圖8,①②或①③,(2)為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對(duì)此實(shí)驗(yàn)提出以下建議： ①軟繩的質(zhì)量要輕； ②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長(zhǎng)越好； ③盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，不要搖晃； ④兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能小. 以上建議中確實(shí)對(duì)提高準(zhǔn)確度有作用的是______.(填序號(hào)),答案,1,2,3,①③,(3)寫出一條上面沒有提到的對(duì)提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度有益的建議：_______.,答案,1,2,3,答案 例如：“對(duì)同一高度進(jìn)行多次測(cè)量取平均值”“選取受力后相對(duì)伸長(zhǎng)量盡量小的繩”“盡量減小滑輪的質(zhì)量”“對(duì)滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行潤(rùn)滑”等等.(任選一個(gè)即可),
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