(浙江專用)學年高中物理第七章機械能守恒定律第10節(jié)實驗：驗證機械能守恒定律課件新人教版必修2

1、第10節(jié) 實驗：驗證機械能守恒定律0學考報告知識內(nèi)容驗證機械能守恒定律考試要求學考選考VV1. 理解驗證機械能守恒定律的思路，明確需要的器材及測量的物理量基本要求2. 能控制實驗條件，正確地進行實驗操作3. 會根據(jù)紙帶測定下落的距離，掌握測量瞬時速度的方法4. 能根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出實驗結論.*您a發(fā)展要求1. 會推導勻變速直線運動中“中間時刻的瞬時速度等于這段時間 內(nèi)的平均速度”2. 能對實驗誤差的產(chǎn)生原因作定性分析，并采取措施減小誤差說明不要求定量分析實驗誤差I課堂導學: : : ” : : #* ”基礎自診簽課堂互動誥、實驗原理1 在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能減小，動能增加

2、，如果重力勢 能的減小量童丈_動能的增加量，就驗證了機械能守恒定律。2.兩種驗證方案(1) 若以重物下落的起始點O為基準，設重物的質量為加，測出重物自起始點O下落距離力時的速度則在誤差允許范圍內(nèi)，由計算得出 刃 即被驗證。= mgh9機械能守恒定律(2) 若以重物下落過程中的某一點A為基準，設重物的質量為加，測出重物對應于人點的速度 再測出重物由人點下落后經(jīng)過點的速度S，則在誤差允許范圍內(nèi)，由計算 得出尹詭_尹噸咋從,機械能守恒定律即被驗證。(3) 確定某點瞬時速度的方法：如圖1甲所示，測出第個點相鄰前、后兩段相等時間T內(nèi)下落的距離和 X” +1，由公式e”=互導也算出，或如圖乙所示，由vn

3、=方刃+1 方2T算出。卬圖1乙二、實驗器材鐵架臺（帶紙夾）、電磁打點計時器、重物（帶夾子）、紙帶、復寫紙、導線、毫米 刻度尺、低壓交流電源（46V）。三、實驗步驟1安裝置:按圖2甲所示把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導線把打點計時器與電源連接好。甲3 2. 打紙帶：在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近。先接通電源后放手，讓重物拉著紙帶自由下落。重復幾次，得到3 5條打好點的紙帶。3. 選紙帶:從打好點的紙帶中挑選點跡清晰且開始的兩點間距接近2 mm的一條紙帶, 在起始點標上0,以后任取間隔相同時間的點依次標上1、2、3。4.

4、測距離：用刻度尺測出0到1、2、3的距離，即為對應下落的高度弘、方2、U!數(shù)據(jù)處理1 計算各點對應的瞬時速度:根據(jù)公式詐,計算出1、2、3、點的瞬時速度巧、5、巧、%2機械能守恒定律的驗證:方法一：利用起始點和第點。從起始點到第個計數(shù)點，重力勢能減少量為mghnf動能增加量為如加,計算gh和況，如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)gh=vjlf則機械能守恒定律得到驗證。方法二：任取兩點A、Bo從A點到B點,重力勢能減少量為mghBmghA9仝d,則機械能守恒算 ghAB和扌詭一中詭，如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)ghAB = VB定律得到驗證。方法三：圖象法（如圖3所示）。計算各計數(shù)點仝?，以昇為縱軸，以各計數(shù)

5、點到第一個點的距離方為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出討2方圖線。若在誤差允許范圍內(nèi)圖象是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械 能守恒定律。五、誤差分析1本實驗的誤差主要是由紙帶測量產(chǎn)生的偶然誤差以及重物和紙帶運動中的空氣阻力 及打點計時器的摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差。2測量時采取多次測量求平均值的方法來減小偶然誤差，安裝打點計時器使兩限位孔 中線豎直，并且選擇質量適當大些、體積盡量小些的重物來減小系統(tǒng)誤差。六、實驗注意事項1. 打點計時器安裝要穩(wěn)固，并使兩限位孔的中線在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。2. 應選用質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，可使空氣阻力相對

6、減小。3. 實驗時，應先接通電源，讓打點計時器正常工作后再松開紙帶讓重物下落。4. 本實驗中的兩種驗證方法均不需要測重物的質量加。5. 速度不能用v=gt或=顧計算，應根據(jù)紙帶上測得的數(shù)據(jù)，利用 2叮T計算瞬時速度。典例精析一、實驗原理和實驗步驟【例1】某同學為驗證機械能守恒定律編排了如下實驗步驟:A.用天平稱出重物的質量B.把紙帶固定到重物上，并把紙帶穿過打點計時器，提升到一定高度C拆掉導線，整理儀器D. 斷開電源，換上新紙帶，重做兩次E. 用秒表測出重物下落的時間F. 用毫米刻度尺測出計數(shù)點與起點的距離，記錄數(shù)據(jù)，并計算出結果,G. 把打點計時器接到低壓交流電源上H. 接通電源，釋放紙帶I

7、把打點計時器接到低壓直流電源上J把打點計時器固定到桌邊的鐵架臺上上述實驗步驟中錯誤的是,可有可無的是其余正確且必要的步驟按實驗操作順序排列是o （均只需填步驟的代號）解析對于物理實驗,掌握實驗原理和操作方法是最基本的要求。只有掌握了實驗原 理,才能判斷出實驗步驟中哪些是錯誤的，哪些是必要的；只有親自動手進行認真的 操作,才能正確地對實驗步驟按序排列。上述實驗步驟中錯誤的是E和I ,因為實驗中不需要用秒表測定時間，打點計時器應使用低壓交流電源?？捎锌蔁o的實驗步驟是A。其余正確且必要的步驟按實驗操作順序 排列是：JGBHDCFO 答案 E, I A JGBHDCF二、實驗數(shù)據(jù)的處理方法【例2】在“

8、驗證機械能守恒定律刀甲的實驗中，實驗裝置如圖4甲所示。A BC乙MC (9.H4 J12.8重物比較（1）該實驗中使用電火花計時器，它的工作電壓是（填“交流220 V”、“交流 6 V以下”或“直流6 V以下”），紙帶下端所掛重物應選圖乙中的合適（填所選重物的字母）。（2）按照正確的操作得到如圖丙所示的紙帶。其中打O點時釋放重物，人、C是打點 計時器連續(xù)打下的三個點，該同學用毫米刻度尺測量O點到人、C各點的距離，并 記錄在圖丙中（單位cm）。已知打點計時器打點時間間隔為002 s,重物質量為05 kg,當?shù)刂亓铀俣萭取98 m/s2om/s, 這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是 現(xiàn)選取重

9、物在段的運動進行數(shù)據(jù)處理,則打B點時重物的速度為段動能增加量為J,重力勢能減少量為J（計算結果均保留三位有代效數(shù)字） 即使在操作規(guī)范，數(shù)據(jù)測量及數(shù)據(jù)處理很準確的前提下，該實驗測得的遼P也一定略大于AEk，這是實驗存在系統(tǒng)誤差的必然結果，試分析該實驗誤差產(chǎn)生的主要原因!解析（1）電火花計時器的工作電壓是交流220 V f紙帶下端所掛重物應選圖乙中的質 量較大的C比較合適。（2）這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)宇讀數(shù)要求的是12.8 #缺少有效數(shù)字；打B點時重物的速度為XAC 如=訪=(16.12-9.84) X10-22 X 0.02m/s=l57 m/s；OB段動能增加量為Ek=tnvB=X0.5Xl

10、,572 JeO.616 J；重力勢能減少量為Ep=mgh=0.5 X 9.X0.12J0627 J；原因是重物在下落時要受到阻力作用（對紙帶的摩擦力、空氣阻力）。答案交流220 V C （2）12.（2）1.57 0.616 0.627重物在下落時要受到阻力作用（對紙帶的摩擦力、空氣阻力）三、實驗創(chuàng)新【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5所示:擋光條亠滑塊UI光電門1 光電門2|2()細線T2氣墊導軌導軌標尺nn|21X()S|X cm定滑輪袪碼/y(1)實驗步驟 將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低于lm,將導軌調至水平； 用游標卡尺測量擋光條的寬W = 9.30

11、mm ;由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離S =CHI ;|?11I I 將滑塊移至光電門1左側某處，待耘碼靜止不動時，釋放滑塊，要求耘碼落地前 擋光條已通過光電門2 ;rm 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 用天平稱出滑塊和擋光條的總質量再稱出托盤和耘碼的總質量加。（2）用表示直接測量量的字母寫出下列所求物理量的表達式滑塊通過光電門1和光電門2時瞬時速度分別為可=IniI IIniI I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、托盤和砥碼）的總動能分別為耳1二和耳2二在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少AEp二IniI