高中物理（情景切入+課前導(dǎo)讀+問(wèn)題探究+知能演練）第7章 第9節(jié) 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 新人教版必修2

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1、第九節(jié)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律第九節(jié)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律轉(zhuǎn)動(dòng)滾擺，將弦線均勻地繞在它的木軸上，這時(shí)軟彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，釋放滾擺后，由于彈簧的拉力，使?jié)L擺飛速地旋轉(zhuǎn)，待彈簧恢復(fù)到平衡位置時(shí)，由于滾擺轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性，再一次將彈簧拉長(zhǎng)，如此反復(fù)地運(yùn)動(dòng)找些器材動(dòng)手做一做，并想一想其中的道理1利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律2知道實(shí)驗(yàn)的原理、方法、過(guò)程3對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論及誤差分析課前預(yù)習(xí)1本實(shí)驗(yàn)的目的是_2本實(shí)驗(yàn)中，重物的質(zhì)量用_測(cè)出3重物下落的高度等于_4根據(jù)紙帶求速度：(1)測(cè)量瞬時(shí)速度的更為簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的方法是：做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于_的平均速度驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律天平紙帶上某

2、兩點(diǎn)的距離相鄰兩點(diǎn)間(2)推導(dǎo)過(guò)程：由于紙帶做勻加速運(yùn)動(dòng)，故有A、C之間的平均速度AC .又根據(jù)速度公式有vB_，vC_，故有 vBvA_，即2vBvAvC，從而，vB_.ACvAat_vBatvCvBv實(shí)驗(yàn)的原理及方法是怎樣的？實(shí)驗(yàn)如何進(jìn)行？1原理在物體自由下落的過(guò)程中，只有重力對(duì)物體做功，遵守機(jī)械能守恒定律，即重力勢(shì)能的減少量等于動(dòng)能的增加量利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄下來(lái)的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)能的減少量Epmghn與物體動(dòng)能的增加2器材鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、重物(帶紙帶夾子)、紙帶幾條、復(fù)寫(xiě)紙片、導(dǎo)線、刻度尺、學(xué)生電源3實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖將打點(diǎn)

3、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(2)把紙帶的一端在重物上用夾子固定好，另一端穿過(guò)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近(3)先接通電源后松手，讓重物帶著紙帶自由下落(4)重復(fù)幾次，得到35條打好點(diǎn)的紙帶(5)在打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰且第1、2兩個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)間距離接近2 mm的一條紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上0，以后各點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度h1、h2、h3嘗試應(yīng)用1在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，下列物理量中需要用工具測(cè)量的有_；通過(guò)計(jì)算得到的有_A重錘的質(zhì)量B重力加速度C重錘下落的高度D與重錘的下落高度對(duì)應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度解析：通過(guò)實(shí)驗(yàn)原

4、理可知，只要確定了重錘減少的重力勢(shì)能等于增加的動(dòng)能，即mgh mv2就能得出結(jié)論由于驗(yàn)證的是一個(gè)等量關(guān)系，而無(wú)須求出重力勢(shì)能或動(dòng)能的具體數(shù)12答案：C D實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法是什么？1紙帶的選取關(guān)于紙帶的選取，分兩種情況加以說(shuō)明：嘗試應(yīng)用2如圖是用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)得到的一條紙帶有關(guān)尺寸在圖中已注明我們選中n點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律下面舉一些計(jì)算n點(diǎn)速度的方法，其中正確的是()An點(diǎn)是第n個(gè)點(diǎn)，則vngnTBn點(diǎn)是第n個(gè)點(diǎn)，則vng(n1)TCD實(shí)驗(yàn)中有哪些需要注意的事項(xiàng)？誤差來(lái)源減小誤差的措施實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)阻力的影響設(shè)法減小阻力打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)安裝穩(wěn)固，限位孔在一豎直線上，減小紙帶與限位孔

5、間的摩擦阻力減小重物體積可減小空氣阻力增大重物重力選用密度大的重物，一般用鐵塊實(shí)驗(yàn)操作不當(dāng)調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器注意將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在低壓交流電源上，調(diào)節(jié)好振針的長(zhǎng)度，使點(diǎn)跡清晰注意釋放紙帶與接通電源的順序接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再釋放紙帶讓重物自由下落選擇紙帶選擇點(diǎn)跡清晰的紙帶，最好是第1點(diǎn)和第2點(diǎn)間距接近2 mm的紙帶測(cè)量誤差h誤差防止分段測(cè)量增大誤差各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度均從起點(diǎn)測(cè)量，不可用累加法，否則將增大誤差v誤差減小相對(duì)誤差用vn 比用vn 相對(duì)誤差小名師提示：重物在拖著紙帶下落過(guò)程中必然受到阻力作用，主要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶的摩擦力以及空氣的阻力克服這些阻力做功要消耗能量，所以重錘動(dòng)能的

6、增加量Ek必定小于重力勢(shì)能的減少量Ep.這是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上帶來(lái)的系統(tǒng)誤差減小這種誤差的方法有：使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔在同一豎直線上，適當(dāng)增加重錘的質(zhì)量，減小重錘的體積等方法來(lái)減小系統(tǒng)誤差嘗試應(yīng)用3下列關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差的說(shuō)法中，正確的是()A重物質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會(huì)造成較大誤差B重物質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差C重物質(zhì)量選用得較小些，有利于減小誤差D先釋放紙帶后接通電源會(huì)造成較大誤差BD數(shù)據(jù)分析 在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹禐?.80 m/s2，測(cè)得所用重物的質(zhì)量為1.00 kg.甲、乙、丙三個(gè)學(xué)生分別用同一裝置打出三條紙

7、帶，量出各紙帶上第一、二兩點(diǎn)間的距離分別為0.18 cm、 0.19 cm和0.25 cm，可看出其中肯定有一個(gè)學(xué)生在操作上有錯(cuò)誤，操作有錯(cuò)誤的是_若按實(shí)驗(yàn)要求正確地選出紙帶進(jìn)行測(cè)量，量得連續(xù)三點(diǎn)A、B、C到第一個(gè)點(diǎn)的距離如圖所示(相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為 0.02 s)，那么：(1)紙帶的_端與重物相連；(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)，物體的速度vB_；(3)從起點(diǎn)O到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B的過(guò)程中重力勢(shì)能減少量是Ep_，此過(guò)程中物體動(dòng)能的增加量Ek_；(4)通過(guò)計(jì)算，數(shù)值上Ep_ Ek(填“”、“”或“”)，這是因?yàn)開(kāi)；(5)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是：_.(4)由以上計(jì)算知，EpEk，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中有摩擦力和空氣阻

8、力等的存在，重物要克服阻力做功而損失機(jī)械能(5)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒答案：丙同學(xué)(1)左(2)0.98 m/s(3)0.49 J0.48 J(4)實(shí)驗(yàn)中存在摩擦力和空氣阻力，重物克服阻力做功損失機(jī)械能(5)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)機(jī)械能守恒變式應(yīng)用1在用自由落體做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)出了紙帶上連續(xù)5個(gè)間隔的距離，重物的質(zhì)量為m kg，從B到D重物重力勢(shì)能的減少量Ep_J；重物動(dòng)能增加量 Ek_J.答案：0.570m0.546m實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量分別為 和 的物塊A和B，分別系在一條跨過(guò)定滑輪的軟繩兩端（ ），1、2是兩個(gè)光電門(mén).用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.1m2

9、m1m2m（1）實(shí)驗(yàn)中除了記錄物塊B通過(guò)兩光電門(mén)時(shí)的速度v1、v2外，還需要測(cè)量的物理量是 .（2）用已知量和測(cè)量量寫(xiě)出驗(yàn)證機(jī)械能守恒的表達(dá)式 .解析：解析：A、B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，若系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，則有 ，所以除了記錄物體B通過(guò)兩光電門(mén)時(shí)的速度 、 外，還需要測(cè)的物理量有： 和 ，兩光電門(mén)之間的距離 .)(2121222121vvmmghmghm1m2mh2v1v答案：答案：（1）A、B兩物塊的質(zhì)量 和 ，兩光電門(mén)之間的距離(2)名師歸納：名師歸納：解決這類(lèi)創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)題，關(guān)鍵在于明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理，從而進(jìn)一步分析設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，測(cè)量相應(yīng)的物理量是為了服務(wù)于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1m2mh)(21)(21

10、222121vvmmghmm變式應(yīng)用2如右圖所示裝置可用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律長(zhǎng)度為L(zhǎng)的輕繩一端固定在O點(diǎn)，另一端系一擺錘A，在A上放一個(gè)小鐵片現(xiàn)將擺錘拉起，使繩偏離豎直方向角，由靜止開(kāi)始釋放擺錘，當(dāng)其到達(dá)最低位置時(shí)，受到豎直擋板P阻擋而停止運(yùn)動(dòng)，這時(shí)鐵片將做平拋運(yùn)動(dòng)而飛離擺錘，用刻度尺量出鐵片的水平位移為s，下落高度為H. (1)要驗(yàn)證擺錘在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒，必須求出擺錘初始位置離最低點(diǎn)的高度，其高度應(yīng)為_(kāi)，同時(shí)還應(yīng)求出擺錘在最低點(diǎn)時(shí)的速度，其速度應(yīng)為_(kāi)(2)用實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的物理量寫(xiě)出驗(yàn)證擺錘在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒的關(guān)系式為_(kāi)基礎(chǔ)練1某位同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，下列操作步驟中錯(cuò)誤的是()

11、A把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線連接到低壓交流電源上B將連有重錘的紙帶穿過(guò)限位孔，將紙帶和重錘提升到一定高度C先釋放紙帶，再接通電源D更換紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)記錄處理數(shù)據(jù)解析：本題考查實(shí)驗(yàn)的操作步驟及應(yīng)注意的問(wèn)題操作時(shí)應(yīng)先接通電源、再松開(kāi)紙帶，以確保打下第一個(gè)點(diǎn)時(shí)，紙帶開(kāi)始下落，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤答案：C2在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)重物減小的重力勢(shì)能總是大于重物增加的動(dòng)能，造成這種現(xiàn)象的原因是()A選用重物的質(zhì)量過(guò)大B選用重物的質(zhì)量過(guò)小C空氣對(duì)重物的阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力D實(shí)驗(yàn)時(shí)操作不仔細(xì)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確C3在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔不在同一豎直線上，使紙

12、帶通過(guò)時(shí)受到較大阻力，則以下關(guān)系正確的是()答案：A4某同學(xué)上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示重錘增加的動(dòng)能略大于重錘減少的重力勢(shì)能，則出現(xiàn)這一問(wèn)題的原因可能是()A重錘的質(zhì)量測(cè)量錯(cuò)誤B該同學(xué)自編了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)C交流電源的頻率不等于50 HzD重錘下落時(shí)受到的阻力過(guò)大解析：若交流電的頻率f50 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)際值偏大，周期值偏小，算得的速度值偏大，動(dòng)能值也就偏大，則可能出現(xiàn)EkEp的結(jié)果正確選項(xiàng)為B、C.答案：BC5在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：(1)將下列主要的實(shí)驗(yàn)步驟，按照實(shí)驗(yàn)的合理順序把步驟前的序號(hào)填在題后橫線上：A用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處；B

13、將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔；C取下紙帶，在紙帶上任選幾點(diǎn)，測(cè)出它們與第一個(gè)點(diǎn)的距離，并算出重物在打下這幾個(gè)點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度；D接通電源，松開(kāi)紙帶，讓重物自由下落；E查出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭的值，算出打下各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能和相應(yīng)的減少的重力勢(shì)能，比較它們是否相等；F把測(cè)量和計(jì)算得的數(shù)據(jù)填入自己設(shè)計(jì)的表格里正確步驟是：_.(2)動(dòng)能值和相應(yīng)重力勢(shì)能的減少值相比，實(shí)際上哪個(gè)值偏小些？_.解析：(1)正確步驟是BADCFE.(2)由于實(shí)驗(yàn)中存在摩擦阻力和空氣阻力，物體要克服上述阻力消耗能量，所以 Ek增Ep減答案：(1)BADCFE(2)動(dòng)能值6在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證自由下落的物體機(jī)械能

14、守恒的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)物體在打O點(diǎn)時(shí)釋放打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打A點(diǎn)時(shí)物體速度為v，如圖所示一同學(xué)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中填寫(xiě)如下：v2.36 m/s，h27.73 cm， 2.785 m2/s2，gh2.718 m2/s2由以上數(shù)據(jù)說(shuō)明在誤差范圍內(nèi)兩者相等，故機(jī)械能守恒教師批閱：“數(shù)據(jù)非實(shí)驗(yàn)所得！”老師作此批閱的理由是_ 22v 解析：解析：在本實(shí)驗(yàn)中，由于摩擦力不可避免，所以重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，或者說(shuō)物體下落的實(shí)際加速度ag，所以實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)際結(jié)果應(yīng)是 v2gh.而不是這位同學(xué)算得的結(jié)果是 v2gh. (這也是本實(shí)驗(yàn)中為什么不用vgt來(lái)計(jì)算瞬時(shí)速度的原因所在) 答案：見(jiàn)解析1212提高練7右圖為驗(yàn)證機(jī)

15、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、天平回答下列問(wèn)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停表C012 V的直流電源D012 V的交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有_ _.(寫(xiě)出兩個(gè)原因)解析：(1)需要米尺來(lái)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的距離，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需用交流電源，故選項(xiàng)A、D正確(2)紙帶與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間存在摩擦阻力；測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間距離時(shí)的讀數(shù)有誤差；計(jì)算勢(shì)能變化時(shí)，選取的兩點(diǎn)距離過(guò)近；交變電流頻率不穩(wěn)定(選取兩個(gè)原因即可)答案：(1)AD(2)見(jiàn)解析8利用如圖所示裝置進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定

16、律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測(cè)量物體由靜止開(kāi)始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h.某班同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案其中正確的是()2gh22vgA用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并測(cè)出下落時(shí)間t，通過(guò)vgt計(jì)算出瞬時(shí)速度vB用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并通過(guò)v 計(jì)算出瞬時(shí)速度vC根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v，并通過(guò)h 計(jì)算出高度hD用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v解析：物體由靜止開(kāi)始下落過(guò)程中受到空氣阻力和紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦阻力作用，做的不是自由落體運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；物體下落的高度是用刻度尺測(cè)量的，不是計(jì)算的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；選項(xiàng)D為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方案，正確答案：D