7.9 實驗:驗證機械能守恒定律課件(人教版必修2)
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第九節(jié) 實驗:驗證機械能守恒定律,課標定位 學(xué)習(xí)目標:1.掌握利用自由落體運動驗證機械能守恒定律. 2.知道實驗的原理、方法和過程. 3.會處理實驗數(shù)據(jù),并能對實驗結(jié)果進行討論及誤差分析. 重點難點:實驗條件的控制及數(shù)據(jù)處理.,,,,,,,,,,,,核心要點突破,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、實驗原理 1.機械能守恒定律 (1)當(dāng)只有重力做功時,物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,但機械能的總量保持不變. (2)做自由落體運動的物體,只受重力作用,其機械能是守恒的.,2.實驗原理 (1)如圖7-9-1所示,借助打點計時器打出的紙帶,測出物體自由下落的高度h和該時刻的速度v,以紙帶上的第n個點為例, 圖7-9-1,二、實驗器材 鐵架臺(帶鐵夾),打點計時器,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:將打點計時器固定在鐵架臺上;用導(dǎo)線將打點計時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,另一端穿過打點計時器的限位孔,用手提著紙帶使重物停靠在打點計時器附近,接通電源,待打點穩(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:選取點跡較為清晰的,挑選紙帶上第一個點及距離第一個點較遠的點,并依次標上0,1,2,3….,核心要點突破,其中,第1種方法是根據(jù)機械能守恒定律mgh=mv2得到的,而我們的目的是驗證機械能守恒定律,顯然不能用. 第2種方法認為加速度為g,由于各種摩擦阻力不可避免,所以實際下落加速度必將小于g,而下落高度h是直接測量的,這樣將得到機械能增加的結(jié)論,故這種方法也不能用.,②實驗時必須保持提起的紙帶豎直,手不動,待接通電源,讓打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶,以保證第一點是一個清晰的點. ③測量高度h時,應(yīng)從起始點算起.為減小h的相對誤差,選取的計數(shù)點要離起始點遠些,紙帶也不宜過長,有效長度可在60 cm~80 cm.,三、注意事項 1.安裝打點計時器時,必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直,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.實驗時,應(yīng)先接通電源,讓打點計時器工作正常后再松開紙帶讓重物下落.,2.系統(tǒng)誤差:實驗過程中要克服阻力(主要是打點計時器的阻力)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計算,頻率的計算值比實際值偏小,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年高考課標全國卷)如圖7-9-3為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖.現(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.回答下列問題:,圖7-9-3,(1)為完成此實驗,除了所給的器材,還需要的器材有________.(填入正確選項前的字母) 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)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有________.(寫出兩個原因),【精講精析】 (1)用A項米尺測量長度,用D項交流電源供打點計時器使用.(2)紙帶與打點計時器之間有摩擦;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的始末兩點距離過近;交流電頻率不穩(wěn)定. 【答案】 (1)A、D (2)紙帶與打點計時器之間有摩擦;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,選取的兩點距離過近;交流電頻率不穩(wěn)定.(選取兩個原因即可),(2011年廣州高一檢測)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在圖7-9-4中,單位是cm.已知打點計時器工作頻率為50 Hz,重力加速度g取9.8 m/s2.,圖7-9-4,(1)重物在2點的速度v2=________,在5點的速度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__________________.由以上可得出實驗結(jié)論____________________.,(3)根據(jù)實驗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,【思路點撥】 求某一點的速度時應(yīng)根據(jù)中間時刻的瞬時速度等于該過程的平均速度,可求出在打第2個點和打第5個點時重物的瞬時速度.在運動過程中,存在空氣阻力和紙帶與打點計時器間的摩擦阻力,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,原因是實驗中重錘要克服阻力做功.由以上可得出實驗結(jié)論為:在誤差允許的范圍內(nèi),機械能守恒. (3)物體機械能守恒,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C正確.,【答案】 (1)1.50 m/s 2.075 m/s 1.03m J 1.06m J (2)小于 實驗中重錘要克服阻力做功 在誤差允許的范圍內(nèi),機械能守恒 (3)C 【易誤警示】 解答該題時千萬不可認為既然機械能是守恒的,就直接將動能的增加量等于重力勢能的減少量.因為該題是要求通過實驗驗證機械能守恒定律的,是否守恒要通過實驗數(shù)據(jù)的計算來說明.,(2010年高考海南卷改編)利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律,實驗裝置示意如圖7-9-6所示: 圖7-9-6,(1)實驗步驟: 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用游標卡尺測量擋光條的寬度為l=9.30 mm. ③由導(dǎo)軌標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,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)字計時器(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式; ①滑塊通過光電門1和光電門2時瞬時速度分別為v1=________和v2=________.,②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時,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=________,則可認為驗證了機械能守恒定律.,【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,所以在用此裝置做實驗時,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,點此進入課件目錄,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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