2018-2019學(xué)年高考物理主題二機械能及其守恒定律第四章機械能及其守恒定律實驗驗證機械能守恒定律課件教科版.ppt

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1、實驗：驗證機械能守恒定律,一、實驗?zāi)康?1.會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度。 2.掌握利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的原理和方法。,mgh,mgh,三、實驗器材 鐵架臺(帶鐵夾)、_____________、重錘(帶夾子)、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、_____________。,打點計時器,低壓交流電源,四、實驗步驟 1.安裝置：按圖將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路。,2.打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上；另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在______打點計時器的地方。先__________，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下

2、落。更換紙帶重復(fù)做35次實驗。,靠近,接通電源,3.選紙帶：選取點跡較為清晰且開始的兩點間距離約為________的紙帶，把紙帶上打出的第一個點作為起始點，記作O，在距離O點較遠(yuǎn)處再依次選出計數(shù)點1、2、3 4.測距離：用刻度尺測出O點到1、2、3的距離，即為對應(yīng)下落的高度h1、h2、h3,2 mm,五、數(shù)據(jù)處理 1.計算各點對應(yīng)的瞬時速度：記下第1個點的位置O，在紙帶上從離O點適當(dāng)距離開始選取幾個計數(shù)點1、2、3并測量出各計數(shù)點到O點的距離h1、h2、h3再根據(jù)公式vn_____________，計算出1、2、3、4、n點的瞬時速度v1、v2、v3、v4vn。,原點,g,六、誤差分析 1.在

3、進(jìn)行長度測量時，測量及讀數(shù)不準(zhǔn)造成誤差。 2.重物下落要克服阻力做功，部分機械能轉(zhuǎn)化成______，下落高度越大，機械能損失越多，所以實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)了各計數(shù)點對應(yīng)的機械能依次略有減小的現(xiàn)象。 3.由于交流電的周期不穩(wěn)定，造成打點時間間隔變化而產(chǎn)生誤差。 七、注意事項 1.應(yīng)盡可能控制實驗滿足機械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有： (1)安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小__________。 (2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較___的重物，增大重力可使阻力的影響相對______，增大密度可以減小體積，使空氣阻力減小。,內(nèi)能,摩擦阻力,大,減小,實驗原理與操作

4、,試題案例 例1 如圖1為驗證“機械能守恒定律”的實驗裝置示意圖?，F(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?；卮鹣铝袉栴}：,圖1,(1)為完成此實驗，除了所給的器材外，還需要的器材有________。(填入正確選項前的字母) A.米尺B.秒表 C.012 V的直流電源D.012 V的交流電源 (2)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟： A.按照圖示的裝置安裝器材 B.將打點計時器接到電源的“直流輸出”上 C.用天平測出重錘的質(zhì)量 D.先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶 E.測量紙帶上某些點間的距離 F.根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能

5、 其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是________________。,(3)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有____________________________________________ _______________________________________________________(寫出兩個原因)。 (4)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值。根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出各點之間的距離如圖2所示。使用交流電源的頻率為f，則計算重錘下落的加速度的表達(dá)式a______。(用x1、x2、x3、x4及f表示),圖2,解析(1)為完成此實驗，除了所給的器材

6、外，還需要米尺、012 V的交流電源。 (2)其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是將打點計時器接到電源的“直流輸出”上，打點計時器需要交流電源。 (3)紙帶與打點計時器之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差；計算重力勢能變化時，選取初、末兩點距離過近；交流電源頻率不穩(wěn)定等。,答案(1)AD(2)B(3)紙帶與打點計時器之間有摩擦以及空氣阻力；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，選取初、末兩點距離過近；交流電源頻率不穩(wěn)定,針對訓(xùn)練1 (2018寧波高一檢測)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中： (1)下列物理量中需要用工具直接測量的有() A.重物的質(zhì)量 B.重力加速度 C

7、.重物下落的高度 D.與重物下落高度對應(yīng)的重物的瞬時速度,解析(1)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，只需要用刻度尺測量重物下落的高度，重物的質(zhì)量不用測量，重力加速度不需要測量，通過計算可以得到與重物下落高度對應(yīng)的重物的瞬時速度。故選C。,答案(1)C(2)過原點的傾斜直線重力加速度g,實驗數(shù)據(jù)的處理,試題案例 例2 (2018襄陽高一檢測)某同學(xué)做“驗證機械能守恒定律”實驗時，不慎將一條挑選出的紙帶的一部分損壞，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(biāo)在圖中，單位是cm。打點計時器工作頻率為50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2。,圖3,(1)重物在2點的速度v2___

8、_______，在5點的速度v5__________，此過程中動能增加量Ek__________，重力勢能減少量Ep__________。由以上可得出實驗結(jié)論____________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 (2)重物獲得的動能往往__________(填“大于”“小于”或“等于”)減少的重力勢能，實驗中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是______________________________

9、_______。,(3)根據(jù)實驗判斷下列圖像正確的是(其中Ek表示重物動能的變化量，h表示物體下落的高度)(),(2)由于紙帶受到摩擦力作用，需克服摩擦力做功，所以獲得的動能小于減少的重力勢能。 (3)重物機械能守恒，重物減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為增加的動能，即Ekmgh，可見重物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/s2.075 m/s1.03m J1.06m J在誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒 (2)小于紙帶受到摩擦力作用(3)C,針對訓(xùn)練2 某同學(xué)用圖4甲所示的實驗裝置“驗證機械能守恒定律”，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和4

10、0 Hz，打出紙帶的一部分如圖乙所示。該同學(xué)在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數(shù)據(jù)和其他條件進(jìn)行推算。,圖4,(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖乙中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為________，打出C點時重物下落的速度大小為______，重物下落的加速度大小為______。 (2)已測得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2，實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為________Hz。,實驗創(chuàng)新設(shè)計,試題案例 例3 (2018青島高一檢測)利用如圖

11、5所示實驗裝置來“驗證機械能守恒定律”。通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落，下落過程中小鐵球經(jīng)過光電門B時，毫秒計時器(圖中未畫出)記錄下小鐵球的擋光時間t。實驗前調(diào)整光電門位置，使小球下落過程中，小鐵球球心垂直細(xì)激光束通過光電門，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。,圖5,(1)為了驗證小鐵球下落過程中機械能是否守恒，還需要測量的物理量是__________。 A.A點距地面的高度H B.A、B之間的距離h C.小鐵球從A到B的下落時間tAB D.小鐵球的直徑d (2)小鐵球通過光電門時的瞬時速度v____________；要驗證小鐵球下落過程中機械能是否守恒，只需驗證等式________________

12、是否成立即可(用實驗中測得物理量的符號表示)。,解析(1)根據(jù)實驗原理可知，需要測量的是A點到光電門B的距離，故A錯誤，B正確；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度，不需要測量下落時間，故C錯誤；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度時，需要知道擋光物體的尺寸，因此需要測量小球的直徑，故D正確。,針對訓(xùn)練3 現(xiàn)利用如圖6所示裝置驗證機械能守恒定律。圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30，1和2是固定在斜面上適當(dāng)位置的兩個光電門，與它們連接的光電計時器都沒有畫出。讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的光電計時器顯示的擋光時間分別為5.00102 s、2.00102 s。已知滑塊質(zhì)量為2.00 kg，滑塊沿斜面方向的長度為5.00 cm，光電門1和2之間的距離為0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑塊經(jīng)過光電門時的速度為其平均速度。,圖6,(1)滑塊經(jīng)過光電門1時的速度v1__________ m/s，通過光電門2時的速度v2__________ m/s。 (2)滑塊通過光電門1、2之間的動能增加量為________J，重力勢能的減少量為__________J。,答案(1)1.002.50(2)5.255.29,