高中物理第四章机械能和能源5课时2实验：验证机械能守恒定律.pptx

,课时,2,试验：验证机械能守恒定律,第四章,5,机械能守恒定律,1/38,学习,目标,1.,验证机械能守恒定律,.,2.,熟悉瞬时速度测量方法,.,3.,能正确进行试验操作，分析试验数据得出结论，能定性地分析产生误差原因,.,2/38,内容索引,题型演练,学以致用 实训演练,达标检测,检测评价 达标过关,技能贮备,明确原理 提炼方法,3/38,技能贮备,4/38,一、试验原理,让物体自由下落，忽略阻力情况下物体机械能守恒，有两种方案验证物体机械能守恒：,方案一：以物体自由下落初始位置,O,为起始点，测出物体下落高度,h,时速度大小,v,，若,mgh,成立，则可验证物体机械能守恒,.,方案二：测出物体下落高度,h,过程初、末时刻速度,v,1,、,v,2,，,v,1,、,v,2,计算方法与方案一相同,.,若关系式,mgh,成立，则物体机械能守恒,.,5/38,二、试验器材,铁架台,(,带铁夹,),、,、重物,(,带夹子,),、,、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源,(4,6 V).,三、试验步骤,1.,安装装置：,按图,1,甲所示把打点计时,器安装在铁架台上，用导线把打点计,时器与电源连接好,.,电磁打点计时器,纸带,图,1,6/38,2.,打纸带：,在纸带一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近,.,先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落,.,重复几次，得到,3,5,条打好点纸带,.,3.,选纸带：,从打好点纸带中挑选点迹清楚且开始两点间距靠近,2 mm,一条纸带，在起始点标上,0,，以后任取间隔相同时间点依次标上,1,、,2,、,3,，如图乙所表示,.,4.,测距离：,用刻度尺测出,0,到,1,、,2,、,3,距离，即为对应下落高度,h,1,、,h,2,、,h,3,.,7/38,四、数据处理,2.,机械能守恒定律验证,方法一：利用起始点和第,n,点,.,8/38,方法三：图像法,(,如图,2,所表示,).,若在试验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为,g,直线，则验证了机械能守恒定律,.,五、误差分析,本试验误差主要是由纸带测量产生偶然误差以及重物和纸带运动中空气阻力及打点计时器摩擦阻力引发系统误差,.,六、试验注意事项,1.,打点计时器安装要稳固，并使两限位孔中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力,.,图,2,9/38,2.,应选取质量和密度较大重物，增大重力可使阻力影响相对减小，增大密度能够减小体积，可使空气阻力影响相对减小,.,3.,试验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落,.,4.,本试验中几个验证方法均不需要测重物质量,m,.,10/38,题型演练,11/38,例,1,在验证机械能守恒定律试验中有位同学按以下步骤进行试验操作：,A.,用天平称出重锤和夹子质量；,B.,固定好打点计时器，将连着重锤纸带穿过限位孔，用手提住，且让手,尽可能靠近打点计时器；,C.,松开纸带，接通电源，开始打点,.,并如此重复屡次，以得到多条打点纸带；,D.,取下纸带，挑选点迹清楚且开始两点间距靠近,2 mm,纸带，记下起始,点,O,，在距离,O,点较近处选择几个连续计数点,(,或计时点,),，并计算出各,点速度值；,E.,测出各计数点到,O,点距离，即得到重锤下落高度；,一、试验原理及基本操作,12/38,在以上步骤中，无须要步骤是,_.,有错误或不妥步骤是,_.(,填写代表字母,),更正情况是：,_,；,_,；,_,；,_.,答案,解析,A,BCDF,B,中手应抓住纸带末端，让重锤尽可能靠近打点计时器,C,中应先接通电源，再松开纸带,D,中应选取离,O,点较远点,13/38,解析,A,步骤无须要，不称量重锤质量也可验证机械能守恒定律；,B,步骤中应让重锤尽可能靠近打点计时器，而不是手靠近；,C,步骤中应先接通电源，后释放纸带；,D,步骤中应选取离,O,点较远点，这么测量时距离较远，测量相对误差较小；,14/38,在验证机械能守恒定律试验中，对步骤要求主要注意以下几点：,(1),安装打点计时器时要竖直且固定好，使其两限位孔中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力,.,(2),重物应选取质量和密度较大、体积较小物体，以减小空气阻力影响,.,(3),应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落,.,点拨提升,15/38,针对训练,(,多项选择,),用自由落体法验证机械能守恒定律，就是看,是否等于,mgh,n,(,n,为计数点编号,0,、,1,、,2,n,).,以下说法中正确是,A.,打点计时器打第一个点,0,时，重物速度应为零,B.,h,n,是计数点,n,到起始点,0,距离,C.,必须测量重物质量,D.,用,v,n,gt,n,计算,v,n,时，,t,n,(,n,1),T,(,T,为打点周期,),答案,解析,16/38,解析,本试验原理是利用重物自由落体运动来验证机械能守恒定律，所以打点计时器打第一个点时，重物运动速度应为零，,A,正确；,h,n,与,v,n,分别表示打第,n,个点时重物下落高度和对应瞬时速度，,B,正确；,17/38,二、数据处理及误差分析,例,2,某试验小组,“,用落体法验证机械能守恒定律,”,，试验装置如图,3,甲所表示,.,试验中测出重物自由下落高度,h,及对应瞬时速度,v,，计算出重物降低重力势能,mgh,和增加动能,，然后进行比较，假如二者相等或近似相等，即可验证重物自由下落过程中机械能守恒,.,请依据试验原理和步骤完成以下问题：,图,3,18/38,(1),关于上述试验，以下说法中正确是,_.,A.,重物最好选择密度较小木块,B.,重物质量能够不测量,C.,试验中应先接通电源，后释放纸带,答案,解析,BC,19/38,解析,重物最好选择密度较大铁块，故,A,错误,.,20/38,(2),如图乙是该试验小组得到一条点迹清楚纸带，纸带上,O,点是起始点，选取纸带上连续点,A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,作为计数点，并测出各计数点到,O,点距离依次为,27.94 cm,、,32.78 cm,、,38.02 cm,、,43.65 cm,、,49.66 cm,、,56.07 cm.,已知打点计时器所用电源是,50 Hz,交流电，重物质量为,0.5 kg,，则从计时器打下点,O,到打下点,D,过程中，重物减小重力势能,E,p,_ J,；重物增加动能,E,k,_ J,，二者不完全相等原因可能是,_.(,重力加速度,g,取,9.8 m/s,2,，计算结果保留三位有效数字,),答案,解析,2.14,2.12,重物下落过程中受到阻力作用,21/38,解析,重力势能减小量,E,p,mgh,0.5,9.8,0.436 5 J,2.14 J.,利用匀变速直线运动推论：,22/38,(3),试验小组同学又正确计算出图乙中打下计数点,A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,各点瞬时速度,v,，以各计数点到,A,点距离,h,为横轴，,v,2,为纵轴作出图像，如图丙所表示，依据作出图线，能粗略验证自由下落物体机械能守恒依据是,_,_.,答案,解析,图像斜率等于,19.52,，约为重力加速度,g,两倍，故能,验证,23/38,24/38,三、创新试验设计,例,3,利用气垫导轨验证机械能守恒定律，试验装置示意图如图,4,所表示,.,图,4,25/38,(1),试验步骤：,将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于,1 m,，将导轨调至水平,.,用游标卡尺测出挡光条宽度,l,9.30 mm.,由导轨标尺读出两光电门中心间距离,s,_ cm.,答案,解析,答案,60.00(,答案在,59.96,60.04,之间，也正确,),解析,距离,s,80.30 cm,20.30 cm,60.00 cm.,26/38,将滑块移至光电门,1,左侧某处，待砝码静止时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已经过光电门,2.,从数字计时器,(,图中未画出,),上分别读出挡光条经过光电门,1,和光电门,2,所用时间,t,1,和,t,2,.,用天平称出滑块和挡光条总质量,M,，再称出托盘和砝码总质量,m,.,27/38,(2),用表示直接测量量字母写出以下物理量表示式,.,滑块经过光电门,1,和光电门,2,时，瞬时速度分别为,v,1,_,和,v,2,_.,答案,解析,解析,因为挡光条宽度很小，所以能够将挡光条经过光电门时平均速度当成瞬时速度，挡光条宽度,l,可用游标卡尺测量，挡光时间,t,可从数字计时器上读出,.,所以，滑块经过光电门,1,和光电门,2,时瞬时速度分别为,28/38,当滑块经过光电门,1,和光电门,2,时，系统,(,包含滑块、挡光条、托盘和,砝码,),总动能分别为,E,k1,_,和,E,k2,_.,答案,解析,解析,当滑块经过光电门,1,和光电门,2,时，系统总动能分别为,29/38,在滑块从光电门,1,运动到光电门,2,过程中，系统重力势能降低许,E,p,_(,重力加速度为,g,).,答案,解析,解析,在滑块从光电门,1,运动到光电门,2,过程中，系统重力势能降低许,E,p,mgs,.,mgs,30/38,(3),假如,E,p,_,，则可认为验证了机械能守恒定律,.,答案,解析,解析,假如在误差允许范围内,E,p,E,k2,E,k1,，则可认为验证了机械能守恒定律,.,E,k2,E,k1,31/38,达标检测,32/38,解析,在处理数据时需要测量长度，故需要米尺；电磁打点计时器工作时需要使用低压交流电源；所以选项,A,、,D,正确,.,1.,(,试验器材及误差分析,),如图,5,为验证机械能守恒定律试验装置示意图,.,现有器材为：带铁夹铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹重锤,.,回答以下问题：,(1),为完成此试验，除了所给器材，还需要器,材有,_.(,填入正确选项前字母,),A.,米尺,B.,秒表,C.,低压直流电源,D.,低压交流电源,图,5,AD,答案,解析,1,2,33/38,(2),试验中产生误差原因有：,_,写出两个原因即可,).,解析,造成误差原因有：,纸带和打点计时器之,间有摩擦,.,用米尺测量纸带上点位置时读数有误差,.,计算势能改变时，选取始末位置过近,.,答案,解析,1,2,答案,纸带和打点计时器,a,之间有摩擦,.,用米尺测量纸带上点位置时读数有误差,.,计算势能改变时，选取始末位置过近,.(,任选其二,),34/38,(3),试验中因为打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带经过时受到较大阻力，这么将造成,_.,答案,解析,1,2,B,35/38,2.,(,数据处理,),用落体法验证机械能守恒定律试验中：,(1),利用公式,mgh,对试验条件要求是,_,，,打点计时器打点时间间隔为,0.02 s,，则所选择纸带第,1,、,2,两点间距离应靠近,_.(,结果保留一位有效数字,),1,2,重物从静止开始自由下落,2 mm,答案,解析,36/38,(2),若试验中所用重物质量,m,1 kg,，打点纸带如图,6,所表示，打点时间间隔为,0.02 s,，则统计,B,点时，重物速度,v,B,_,，重物动能,E,k,B,_,，从开始下落起至,B,点时重物重力势能降低许是,_,，由此可得出结论是,_(,g,9.8 m/s,2,，结果均保留三位有效数字,).,1,2,0.585 m/s,0.171 J,答案,解析,0.172 J,在试验误差允许范围内机械能守恒,图,6,37/38,1,2,38/38,