7.9 實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件(人教版必修2)
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第九節(jié) 實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo):1.掌握利用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律. 2.知道實(shí)驗(yàn)的原理、方法和過程. 3.會處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并能對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論及誤差分析. 重點(diǎn)難點(diǎn):實(shí)驗(yàn)條件的控制及數(shù)據(jù)處理.,,,,,,,,,,,,核心要點(diǎn)突破,課堂互動講練,知能優(yōu)化訓(xùn)練,第九節(jié),,課前自主學(xué)案,課前自主學(xué)案,一、實(shí)驗(yàn)原理 1.機(jī)械能守恒定律 (1)當(dāng)只有重力做功時(shí),物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,但機(jī)械能的總量保持不變. (2)做自由落體運(yùn)動的物體,只受重力作用,其機(jī)械能是守恒的.,2.實(shí)驗(yàn)原理 (1)如圖7-9-1所示,借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶,測出物體自由下落的高度h和該時(shí)刻的速度v,以紙帶上的第n個(gè)點(diǎn)為例, 圖7-9-1,二、實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺(帶鐵夾),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,重物(帶紙帶夾子),紙帶,復(fù)寫紙,導(dǎo)線,毫米刻度尺,學(xué)生電源. 三、探究步驟 1.安裝置:將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺上;用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,用手提著紙帶使重物??吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近,接通電源,待打點(diǎn)穩(wěn)定后松開紙帶,讓重物自由下落.重復(fù)幾次,打下3~5條紙帶. 3.選紙帶:選取點(diǎn)跡較為清晰的,挑選紙帶上第一個(gè)點(diǎn)及距離第一個(gè)點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn),并依次標(biāo)上0,1,2,3….,核心要點(diǎn)突破,其中,第1種方法是根據(jù)機(jī)械能守恒定律mgh=mv2得到的,而我們的目的是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,顯然不能用. 第2種方法認(rèn)為加速度為g,由于各種摩擦阻力不可避免,所以實(shí)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(jī)械能增加的結(jié)論,故這種方法也不能用.,②實(shí)驗(yàn)時(shí)必須保持提起的紙帶豎直,手不動,待接通電源,讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再松開紙帶,以保證第一點(diǎn)是一個(gè)清晰的點(diǎn). ③測量高度h時(shí),應(yīng)從起始點(diǎn)算起.為減小h的相對誤差,選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)些,紙帶也不宜過長,有效長度可在60 cm~80 cm.,三、注意事項(xiàng) 1.安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直,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,可使空氣阻力減?。?3.實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)先接通電源,讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作正常后再松開紙帶讓重物下落.,2.系統(tǒng)誤差:實(shí)驗(yàn)過程中要克服阻力(主要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jì)算,頻率的計(jì)算值比實(shí)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(jìn)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(jié)果.,課堂互動講練,(2010年高考課標(biāo)全國卷)如圖7-9-3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、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(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.0~12 V的直流電源 D.0~12 V的交流電源 (2)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有________.(寫出兩個(gè)原因),【精講精析】 (1)用A項(xiàng)米尺測量長度,用D項(xiàng)交流電源供打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用.(2)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦;用米尺測量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差;計(jì)算勢能變化時(shí)選取的始末兩點(diǎn)距離過近;交流電頻率不穩(wěn)定. 【答案】 (1)A、D (2)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦;用米尺測量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差;計(jì)算勢能變化時(shí),選取的兩點(diǎn)距離過近;交流電頻率不穩(wěn)定.(選取兩個(gè)原因即可),(2011年廣州高一檢測)某同學(xué)做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí),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(diǎn)間的距離已測出標(biāo)在圖7-9-4中,單位是cm.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)的速度v2=________,在5點(diǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)論____________________.,(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)撥】 求某一點(diǎn)的速度時(shí)應(yīng)根據(jù)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該過程的平均速度,可求出在打第2個(gè)點(diǎn)和打第5個(gè)點(diǎn)時(shí)重物的瞬時(shí)速度.在運(yùn)動過程中,存在空氣阻力和紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)中重錘要克服阻力做功.由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論為:在誤差允許的范圍內(nèi),機(jī)械能守恒. (3)物體機(jī)械能守恒,應(yīng)有物體減少的重力勢能轉(zhuǎn)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(xiàng)C正確.,【答案】 (1)1.50 m/s 2.075 m/s 1.03m J 1.06m J (2)小于 實(shí)驗(yàn)中重錘要克服阻力做功 在誤差允許的范圍內(nèi),機(jī)械能守恒 (3)C 【易誤警示】 解答該題時(shí)千萬不可認(rèn)為既然機(jī)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?yàn)樵擃}是要求通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的,是否守恒要通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算來說明.,(2010年高考海南卷改編)利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖7-9-6所示: 圖7-9-6,(1)實(shí)驗(yàn)步驟: ①將氣墊導(dǎo)軌放在水平面上,桌面高度不低于1 m,將導(dǎo)軌調(diào)至水平; ②用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度為l=9.30 mm. ③由導(dǎo)軌標(biāo)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(cè)某處,待砝碼靜止不動時(shí),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(jì)時(shí)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(shí)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所示物理量的表達(dá)式; ①滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1=________和v2=________.,②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時(shí),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(yùn)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(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.,【方法總結(jié)】 氣墊導(dǎo)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(jì),所以在用此裝置做實(shí)驗(yàn)時(shí),沒有必要再平衡摩擦力了.,知能優(yōu)化訓(xùn)練,本部分內(nèi)容講解結(jié)束,點(diǎn)此進(jìn)入課件目錄,按ESC鍵退出全屏播放,謝謝使用,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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