高一物理課件（廣東專用）：第四章 第五節(jié)《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》（粵教必修二）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第五節(jié)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1 機(jī)械能守恒定律是可以通過理論推導(dǎo)出來的定律 用實(shí)驗(yàn)不僅可檢驗(yàn)機(jī)械能守恒定律 而且還可檢驗(yàn)物理理論 2 學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 通過正確理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容和 設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 成立條件 3 學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)處理 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中分析數(shù)據(jù) 得出結(jié)論 要點(diǎn)1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 1 用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 1 在該實(shí)驗(yàn)中選取氣墊導(dǎo)軌 光電門 數(shù)字計(jì)時(shí)器等器材 如圖4 5 1所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置 圖中m為滑塊質(zhì)量 l為擋光板長度 G1 G2為光電門 圖4 5 1 2 將滑塊從軌道上端某一處滑下 測(cè)出它通過光電門G1和G2時(shí)的速度v1和v2 可得到G1到G2這段位移中滑塊的動(dòng) 3 再算出G1到G2這段位移中滑塊重力勢(shì)能的減少量 Ep 比較 Ek和 Ep 得到 Ek Ep的結(jié)論 從而證明機(jī)械能守恒 2 用自由落體和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能 守恒定律 圖4 5 2 1 安裝 如圖4 5 2所示 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)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停靠在打點(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)跡較為清晰的紙帶 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 4 數(shù)據(jù)測(cè)量 測(cè)出0到點(diǎn)1 點(diǎn)2 點(diǎn)3 的距離 即為 對(duì)應(yīng)的下落高度h1 h2 h3 5 數(shù)據(jù)處理 利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度h 計(jì)算出瞬時(shí)速度v 便可驗(yàn)證物體重力勢(shì)能的減少 3 利用平拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 1 運(yùn)用如圖4 5 3所示的裝置 讓小球從光滑斜軌道的某一高度處由靜止開始滾下 小球離開軌道時(shí)做平拋運(yùn)動(dòng) 圖4 5 3 2 測(cè)出圖中平臺(tái)高度H 小球在光滑斜軌道上由靜止開始滾下時(shí)離平臺(tái)的高度h以及小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的水平位移s 例1 為進(jìn)行 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn) 有下列器材可供選擇 鐵架臺(tái) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 復(fù)寫紙 紙帶 低壓直流電源 天平 秒表 導(dǎo)線 開關(guān) 其中不必要的器材是 缺少的器材是 解析 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作是需要用交流電源的 故低壓直流電源應(yīng)該換成低壓交流電源 在該實(shí)驗(yàn)中 物體的質(zhì)量可以不用測(cè)量 用不到天平 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器已經(jīng)起到計(jì)時(shí)的作用了 秒表多余 而且打點(diǎn)計(jì)時(shí)器比秒表計(jì)時(shí)更精確 低壓交流電源 重錘 答案 低壓直流電源 天平 秒表刻度尺 1 如圖4 5 4所示 光滑水平軌道與光滑圓弧軌道相切 輕彈簧的一端固定在軌道的左端 OP是可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的輕桿 且擺到某處就能停在該處 另有一小鋼球 可看做質(zhì)點(diǎn) 現(xiàn)在利用這些器材測(cè)定彈簧被壓縮時(shí)的彈性勢(shì)能 圖4 5 4 重力 質(zhì)量 1 還需要的器材是 天平 刻度尺 2 以上測(cè)量實(shí)際上是把對(duì)彈性勢(shì)能的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì) 的測(cè)量 進(jìn)而轉(zhuǎn)化對(duì) 和 的直接測(cè)量 高度 勢(shì)能 要點(diǎn)2 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及數(shù)據(jù)分析 1 落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的注意事項(xiàng) 1 安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí) 必須使穿紙帶的兩限位孔在同一豎直線上 以減少紙帶和限位孔的摩擦 2 紙帶應(yīng)保持豎直 平直不卷曲 避免人為增大摩擦阻力 3 紙帶選取 點(diǎn)跡清晰 點(diǎn)成一線及第1 2點(diǎn)間間距接近2mm這樣的紙帶最合適 4 測(cè)量下落高度時(shí) 必須從起點(diǎn)開始算 測(cè)量 物體的質(zhì)量選取要盡量大些 以減小因摩擦造成的相對(duì)誤差 6 數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí) 應(yīng)注意重力加速度g取當(dāng)?shù)氐闹?的 而我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證機(jī)械能守恒定律 顯然 運(yùn)用該式求解速度不妥 8 不能用公式v gt求物體下落速度 該式認(rèn)為物體下落的運(yùn)動(dòng)加速度為g 而實(shí)際上在實(shí)驗(yàn)中不可避免地受到各種摩擦力的作用 如計(jì)時(shí)器的限位孔與紙帶的阻力等 因此下落的加速度必將小于g 而下落高度是直接測(cè)量值 這樣得到的是機(jī)械能增加的結(jié)論 而有阻力作用時(shí)機(jī)械能應(yīng)為減小的 故這種方法不能使用 2 紙帶打點(diǎn)數(shù)據(jù)的分析 1 vn hn 1 hn 12T 即物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 某一中 間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于過程中的平均速度 這種方法能準(zhǔn)確地反映實(shí)驗(yàn)的實(shí)際 直接從紙帶中求出實(shí)際速度 因此在數(shù)據(jù)處理中 我們可以使用該種方法 2 數(shù)據(jù)處理除了數(shù)學(xué)分析以外 還可以用作圖法來進(jìn)行處理 例2 在 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz 查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 9 8m s2 測(cè)得所用重物的質(zhì)量為1 00kg 實(shí)驗(yàn)中得到的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖4 5 5所示 把第一個(gè)點(diǎn)記為O 另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A B C D作為測(cè)量點(diǎn) 待測(cè)量后得到A B C D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為62 99cm 70 18cm 77 76cm 85 73cm 根據(jù)以上數(shù)據(jù) 可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn) 重力勢(shì)能的減少量等于 J 動(dòng)能的增加量等于 J 取三位有效數(shù)字 圖4 5 5 思路點(diǎn)撥 重力勢(shì)能的減少量等于mgh O為第一個(gè)點(diǎn) 動(dòng)能為零 動(dòng)能的增加量等于C點(diǎn)的動(dòng)能 所以從紙帶數(shù)據(jù)求C點(diǎn)的速度后可得動(dòng)能的增加量 答案 7 62 7 57 2 在用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中 1 所用重錘的質(zhì)量m 1 0kg 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50Hz 打下的紙帶如圖4 5 6所示 圖中的數(shù)據(jù)為從起始點(diǎn)O到該點(diǎn)的距離 則在打B點(diǎn)時(shí) 重錘的速度vB m s 重錘的動(dòng)能EkB J 從開始下落到打B點(diǎn)時(shí) 重錘的勢(shì)能 減少量是 J 取兩位有效數(shù)字 0 79 0 31 0 32 圖4 5 6 2 根據(jù)紙帶算出各點(diǎn)的速度v 量出下落距離h 則以v2 為縱軸 以h為橫軸 畫出的圖線應(yīng)是下圖所示中的 答案 C 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