2019版高中物理 第七章 机械能守恒定律 7.9 实验：验证机械能守恒定律同步配套课件 新人教版必修2.ppt

9 实验 验证机械能守恒定律 自我检测 自主阅读 一 实验方法1 实验器材 验证机械能守恒定律的装置如图所示 实验用到的器材有 铁架台 带铁夹 电磁打点计时器 重物 带夹子 纸带 复写纸 导线 毫米刻度尺 低压交流电源 4 6V 自我检测 自主阅读 2 测量重物下落过程中重力势能的变化 重物的质量用天平测出 纸带上某两点的距离等于重物下落的高度 用毫米刻度尺测量这样就能得到重物下落过程中重力势能的变化 4 验证机械能守恒 实验中比较物体在某两点间的动能变化与重力势能变化 就能验证机械能守恒 自我检测 自主阅读 二 注意的问题1 减少阻力的方法 重物下落的过程中 除了重力外还会受到空气阻力和摩擦阻力的影响 减小这些阻力的方法有 1 应选用质量和密度较大的重物 以减小阻力的影响 2 安装打点计时器时 必须使两个限位孔的中线严格竖直 以减小摩擦阻力 2 重物下落过程的开始和终结的位置的选择 选起始点和后边距离起始点适当远些的一个点分析机械能守恒方便 3 增加实验结果可靠性的操作 可以重复进行多次实验 还要在一次下落中测量多个位置的速度 比较重物在这些位置上动能和势能之和 自我检测 自主阅读 1 正误辨析 1 为了减小阻力的影响 实验所用重物只要选择质量较大的物体即可 解析 应选择密度较大且质量较大的重物 答案 2 实验中求重物在某点的速度可以根据vn 2ghn求解 解析 关系式vn 2ghn是根据机械能守恒定律mgh 12mv2得到的 而我们的目的是验证机械能守恒定律 故此法错误 答案 3 实验时 应先打开打点计时器电源 待打点稳定后再释放重物 答案 自我检测 自主阅读 4 验证机械能守恒定律实验中需要用到天平 答案 自我检测 自主阅读 2 在验证机械能守恒定律的实验中 下列器材中哪些为必需的 A 打点计时器 包括纸带 B 重物C 天平D 毫米刻度尺E 秒表F 运动小车答案 ABD 探究一 探究二 情景导引实验中 某同学计算出各点对应速度的二次方值 并测出从第一个点到这点高度差h 作出v2 h图象 如图所示 为了验证机械能守恒定律 他应该做哪些分析 要点提示计算出直线斜率为k 若在误差允许的范围内k 2g 则验证了机械能守恒定律 实验步骤和数据处理 探究一 探究二 知识归纳1 实验步骤 1 安装置 按图将检查 调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上 接好电路 探究一 探究二 2 打纸带 将纸带的一端用夹子固定在重物上 另一端穿过打点计时器的限位孔 用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方 先接通电源 后松开纸带 让重物带着纸带自由下落 更换纸带 重复做3 5次实验 3 选纸带 选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2mm的纸带 把纸带上打出的两点间的距离为2mm的第一个点作为起始点 记作O 在距离O点较远处再依次选出计数点1 2 3 4 测距离 用刻度尺测出O点到计数点1 2 3 的距离 即为对应下落的高度h1 h2 h3 探究一 探究二 2 数据处理 1 方法一 利用起始点和第n点 2 方法二 任取两点A B 探究一 探究二 3 方法三 图象法 探究一 探究二 典例剖析 例1 1 用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律 在下面所列举的该实验的几个操作步骤中 你认为没有必要进行的或者错误的步骤是 填字母代号 探究一 探究二 A 按照图示的装置安装器件B 将打点计时器接到学生电源的直流输出端上C 用天平测量出重物的质量D 先放手让纸带和重物下落 再接通电源开关E 在打出的纸带上 依据打点的先后顺序选取A B C D四个合适的相邻点 通过测量计算得出B C两点的速度为vB vC 并测出B C两点间的距离为h 探究一 探究二 2 实验中 打点周期为0 02s 自由下落的重物质量为1kg 打出一条理想的纸带 数据如图所示 单位是cm g取9 8m s2 O A之间有多个点没画出 打点计时器打下点B时 物体的速度vB m s 从起点O到打下B点的过程中 重力势能的减少量 Ep J 此过程中物体动能的增量 Ek J 答案保留两位有效数字 探究一 探究二 解析 1 步骤B错 应该接到电源的交流输出端 步骤C不必要 因为根据测量原理 重物的动能和势能表达式中都包含了质量m 可以约去 所以不必测量重物的质量 步骤D错 应先接通电源 待打点计时器工作稳定后再释放纸带 从点O到点B 重力势能的减少量 Ep mghOB 1 9 8 5 01 10 2J 0 49J此过程物体动能的增加量 答案 1 BCD 2 0 980 490 48 探究一 探究二 实验误差分析与注意事项情景导引实验时 有同学根据自由落体运动的位移公式h gt2计算出纸带上第1 2两点间的距离应该接近2mm 所以选择纸带时一定选择满足这一条件的纸带 你认为他说的正确吗 为什么 探究一 探究二 知识归纳1 误差分析 1 在进行长度测量时 测量及读数不准造成误差 2 重物下落要克服阻力做功 部分机械能转化成内能 下落高度越大 机械能损失越多 所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象 3 由于交变电流的周期不稳定 造成打点时间间隔变化而产生误差 探究一 探究二 2 注意事项 1 打点计时器安装要稳固 并使两限位孔的中线在同一竖直线上 以减小摩擦阻力 2 应选用质量和密度较大的重物 增大重力可使阻力的影响相对减小 增大密度可以减小体积 可使空气阻力的影响相对减小 3 实验时 应先接通电源 让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落 4 本实验中的两种验证方法均不需要测重物的质量m 探究一 探究二 典例剖析 例2 在验证机械能守恒定律的实验中 有位同学按以下步骤进行实验操作 A 用天平称出重锤和夹子的质量B 固定好打点计时器 将连着重锤的纸带穿过限位孔 用手提住 且让手尽量靠近打点计时器C 松开纸带 接通电源 开始打点 并如此重复多次 以得到几条打点的纸带D 取下纸带 挑选点迹清晰的纸带 记下起始点O 在距离O点较近处选择几个连续计数点 或计时点 并计算出各点的速度值E 测出各计数点到O点的距离 即得到重锤下落的高度 探究一 探究二 在以上步骤中 不必要的步骤是 有错误或不妥的步骤是 填写代表字母 更正情况 探究一 探究二 解析 A步骤可有可无 不称量重物的质量也可验证机械能守恒定律 B步骤中应让重物尽量靠近打点计时器 而不是手靠近 C步骤中应先接通电源 后释放纸带 D步骤中应选取离O点较远的点 这样测量时距离较远 测量的相对误差较小 F步骤中应计算ghn和 1 2 3 4 5 1 关于验证机械能守恒定律的实验中 以下说法正确的是 A 实验中摩擦是不可避免的 因此纸带越短越好 因为纸带越短 克服摩擦力做的功就越小 误差就越小B 实验时应称出重锤的质量C 纸带上第1 2两点间距若不接近2mm 则无论怎样处理实验数据 实验误差一定较大D 处理打完点的纸带时 可以直接利用打点计时器打出的实际点迹 而不必采用 计数点 的方法 1 2 3 4 5 解析 在打纸带时 纸带太短了 不易打出符合实验要求的纸带 选项 选项C错误 处理纸带时 由于自由落体加速度较大 纸带上点迹距离较大 故可直接用实际点迹测量研究 答案 D 1 2 3 4 5 2 用右图所示装置验证机械能守恒定律 由于电火花计时器两限位孔不在同一竖直线上 使纸带通过时受到较大的阻力 这样实验造成的结果是 A 重力势能的减少量明显大于动能的增加量B 重力势能的减少量明显小于动能的增加量C 重力势能的减少量等于动能的增加量D 以上几种情况都有可能解析 由于重物下落时要克服阻力做功 重物减少的重力势能转化为重物的动能和系统的内能 故重力势能的减少量大于动能的增加量 A正确 答案 A 1 2 3 4 5 3 在验证机械能守恒定律的实验中 某同学依据纸带求得相关各点的瞬时速度 以及与各瞬时速度相对应的从第一个点开始下落的距离h 以v2为纵轴 以h为横轴 建立坐标系 描点后画出变化图线 从而验证机械能守恒定律 若所有操作均正确 则得到的v2 h图象应是下图中的 解析 由mv2 mgh得v2 2gh 所以v2 h 所画v2 h图象是一通过原点的直线 答案 C 1 2 3 4 5 4 在验证机械能守恒定律的实验中 已知打点计时器所用电源的频率为50Hz 查得当地的重力加速度g取9 8m s2 某同学选择了一条理想的纸带 用刻度尺从O点开始测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图所示 图中O点是打点计时器打出的第一个点 A B C D分别是每打两个点取的计数点 则重物由O点运动到B点时 重物质量为m 1 重力势能的减少量是J 动能的增加量是J 2 重力势能的减少量 选填 略大于 或 略小于 动能的增加量 原因是 3 根据计算的数据得出的结论 1 2 3 4 5 解析 1 重力势能的减少量为 Ep mghOB m 9 8 0 195J 1 911mJ 重物下落到B点时的速度为 2 略大于 由于空气阻力和限位孔的摩擦阻力做功 将部分机械能转化为了内能 3 从以上计算的数据得出 在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的动能 即机械能守恒 1 2 3 4 5 答案 1 1 911m1 89m 2 略大于见解析 3 在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的动能 即机械能守恒 1 2 3 4 5 5 现利用如图所示装置验证机械能守恒定律 图中AB是固定的光滑斜面 斜面的倾角为30 1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门 与它们连接的光电计时器都没有画出 让滑块从斜面的顶端滑下 光电门1 2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5 00 10 2s 2 00 10 2s 已知滑块质量为2 00kg 滑块沿斜面方向的长度为5 00cm 光电门1和2之间的距离为0 54m g取9 80m s2 取滑块经过光电门时的速度为其平均速度 1 滑块经过光电门1时的速度v1 m s 通过光电门2时的速度v2 m s 2 滑块通过光电门1 2之间的动能增加量为J 重力势能的减少量为J 1 2 3 4 5 重力势能的减少量 Ep 2 00 9 80 0 54 sin30 J 5 29J 答案 1 1 002 50 2 5 255 29