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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9 實驗:驗證機械能守恒定律,注意事項 1.打點計時器要豎直:安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn),使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以減少摩擦阻力. 2.重物密度要大:重物應選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料. 3.一先一后:應先接通電源,讓打點計時器正常工作,后松開紙帶讓重物下落.,誤差分析 1.測量誤差:減小測量誤差的辦法,一是測下落距離時都從0點量起,一次將各打點對應下落高度測量完,二是多測幾次取平均值.,【例1】 用如圖7-9-1所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律,實驗所用的電源為學生電源,輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種.重物從高處由靜止開始下落,重物上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點,對紙帶上的點的痕跡進行測量,即能驗證機械能守恒定律.,實驗原理與操作,圖7-9-1,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端上; C.用天平測量出重物的質(zhì)量; D.釋放懸掛紙帶的夾子,同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶; E.測量打出的紙帶上某些點之間的距離; F.根據(jù)測量的結(jié)果計算重物下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能.,指出其中沒有必要進行的或者操作不恰當?shù)牟襟E,將其選項對應的字母填在下面的橫線上,并說明其原因: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________. 解析 步驟B是錯誤的,應該接到電源的交流輸出端;步驟D是錯誤的,應該先接通電源,待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶;步驟C不必要,因為根據(jù)測量原理,重物的動能和勢能中都包含了質(zhì)量m,可以約去. 答案 BCD 原因見解析,【例2】 某同學做“驗證機械能守恒定律”實驗時不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分破壞了,測出剩下的一段紙帶上的各個點間的距離如圖7-9-2所示.已知打點計時器的工作頻率為50 Hz,重力加速度g取9.8 m/s2.則:,數(shù)據(jù)處理及誤差分析,圖7-9-2,(1)利用這段紙帶說明重錘通過2、5兩點時機械能守恒; (2)分別說明為什么得到的結(jié)果是重力勢能的減少量稍大于重錘動能的增加量.,(2)由以上處理過程可以看出,瞬時速度v2和v5的計算是準確的,即ΔEk是準確的.而重錘下落過程中不可避免地要克服阻力做功,從而減少一部分能量.重錘重力勢能減少量中一部分用來克服阻力做功,另一部分用來增加重錘的動能,即有-ΔEp=ΔEk+W,所以總有-ΔEpΔEk. 答案 見解析,【例3】 利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律,實驗裝置示意圖如圖7-9-3所示.,拓展創(chuàng)新實驗,圖7-9-3,(1)實驗步驟: ①將氣墊導軌放在水平桌面上,桌面高度不低于1 m,將導軌調(diào)至水平. ②用游標卡尺測出擋光條的寬度l=9.30 mm. ③由導軌標尺讀出兩光電門中心間的距離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通過光電門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.,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=mgs. (3)如果在誤差允許的范圍內(nèi)ΔEp=Ek2-Ek1,則可認為驗證了機械能守恒定律.,1.關(guān)于“驗證機械能守恒定律”的實驗中,以下說法正確的是 ( ). A.實驗中摩擦是不可避免的,因此紙帶越短越好,因為紙帶越短,克服摩擦力做的功就越小,誤差就越小 B.稱出重錘的質(zhì)量 C.紙帶上第1、2兩點間距若不接近2 mm,則無論怎樣處理實驗數(shù)據(jù),實驗誤差一定較大 D.處理打完點的紙帶時,可以直接利用打點計時器打出的實際點跡,而不必采用“計數(shù)點”的方法,答案 D,2.如圖7-9-4是用自由落體法驗證機械能守恒定律時得到的一條紙帶.有關(guān)尺寸在圖中已注明.我們選中n點來驗證機械能守恒定律.下面舉一些計算n點速度的方法,其中正確的是 ( ).,圖7-9-4,解析 vn應表示從(n-1)到(n+1)間的實際速度.C、D對,A、B錯. 答案 CD,3.圖7-9-5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7-9-5,(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) 解析 打點計時器需接交流電源;需要用米尺測量紙帶上打出的點之間的距離. 答案 (1)AD (2)①紙帶與打點計時器之間有摩擦 ②用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差 ③計算勢能變化時,選取始末兩點距離過近 ④交流電頻率不穩(wěn)定,4.利用圖7-9-6所示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時,需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h,某班同學利用實驗得到的紙帶,設計了以下四種測量方案.,圖7-9-6,①以上方案中只有一種最合理,最合理的是________。(填入上述相應的字母) ②要使該實驗誤差盡量小,下述注意點正確的是________(填入下述相應的字母) a.使重錘的質(zhì)量越大越好,但懸掛時不能拉斷紙帶 b.選用電火花計時器比電磁打點計時器更好,可減小阻力影響 c.測長度時保持紙帶懸掛狀態(tài),刻度尺的讀數(shù)更準確 d.紙帶上留下的點越大越好 e.紙帶長一點更好,解析 ①A、B、C中用勻變速直線運動公式求v及h,這樣得到的v、h不是實驗直接測量數(shù)據(jù),不能達到驗證機械能守恒定律的目的.②紙帶太長,會增大阻力. 答案 ①D ②ab,5.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,所用電源的頻率為50 Hz,某同學選擇了一條理想的紙帶,用刻度尺測量時各點位置對應刻度尺上的讀數(shù)如圖7-9-7所示,(圖中O是打點計時器打的第一個點,A、B、C、D是間隔一段所取的點,圖中單位為厘米),根據(jù)實驗并結(jié)合紙帶回答以下問題:(g取9.8 m/s2) 圖7-9-7,(1)現(xiàn)有器材是:電磁打點計時器;低壓交流電源;紙帶;帶夾子的重物;刻度尺;天平;導線;鐵架臺.其中該實驗不需要的器材是________; (2)實驗時,釋放紙帶與接通電源的合理順序是_________; (3)實驗中,要從幾條打上點的紙帶中挑選第一、二兩點間的距離接近________mm并且點跡清晰的紙帶進行測量. (4)若重物的質(zhì)量為m kg,則重物下落到B點時,減少的重力勢能為________; (5)若重物的質(zhì)量為m kg,則重物下落到B點時,重物的動能為________; (6)由紙帶計算重物下落的加速度為________;[注:(4)、(5)、(6)三題小數(shù)點后面保留兩位小數(shù)],解析 (1)實驗中,不需測量重物的質(zhì)量,所以不需要的器材是天平. (2)實驗中應先接通電源,后釋放紙帶. (3)若釋放紙帶時恰好打點,紙帶上一、二兩點間的距離,答案 (1)天平 (2)先接通電源,后釋放紙帶 (3)2 (4)6.88m J (5)6.85m J (6)9.63 m/s2,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,- 配套講稿:
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