滬科版高中物理必修2：4.5實(shí)驗(yàn)-驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律ppt課件

1、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn): :驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律;一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪\(yùn)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證在只需重力做功時(shí),物體的機(jī)械能守恒定律。二、實(shí)驗(yàn)原理只需重力做功時(shí),重力勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒,重力勢(shì)能的減少量等于動(dòng)能的添加量。三、實(shí)驗(yàn)器材方案一:鐵架臺(tái)、擺球、鉛筆、DIS安裝、刻度尺。方案二:鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、重物、紙帶(帶夾子)、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、低壓交流電源(46 V)。;探求突破典例分析實(shí)驗(yàn)步驟方案一:用擺球和DIS安裝驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(一)實(shí)驗(yàn)步驟1.在鐵架臺(tái)上端用鐵架懸掛一個(gè)擺球。2.在方格紙上確定4至5個(gè)點(diǎn)作為丈量點(diǎn)。3.安裝光電傳感器,并使之與數(shù)據(jù)采集器相銜接

2、。4.讓小球從某一高度向下擺動(dòng)。分別測(cè)定擺球在擺動(dòng)過程中恣意時(shí)辰的動(dòng)能和重力勢(shì)能。5.研討每一個(gè)丈量點(diǎn)上機(jī)械能的總量有什么特點(diǎn)。;探求突破典例分析(二)本卷須知1.小球運(yùn)動(dòng)時(shí),應(yīng)使其軌跡在同一豎直面內(nèi),防止做圓錐擺運(yùn)動(dòng)。2.調(diào)整帶方格紙的木板,應(yīng)使其豎線在豎直方向上。3.為準(zhǔn)確測(cè)定小球在各位置的瞬時(shí)速度,可在小球下部安頓一塊擋光片,并確保擋光片在豎直面內(nèi)。;探求突破典例分析方案二:用自在落下的重物和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(一)實(shí)驗(yàn)步驟;探求突破典例分析1.安安裝安安裝按圖將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上按圖將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上,接好電接好電路。路。2.

3、打紙帶打紙帶將紙帶的一端用夾子固定在重物上將紙帶的一端用夾子固定在重物上,另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔位孔,用手提著紙帶使重物靜止在接近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方。先接通用手提著紙帶使重物靜止在接近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方。先接通電源電源,后松開紙帶后松開紙帶,讓重物帶著紙帶自在下落。改換紙帶反復(fù)做讓重物帶著紙帶自在下落。改換紙帶反復(fù)做35次實(shí)驗(yàn)。次實(shí)驗(yàn)。3.選紙帶選紙帶選點(diǎn)跡明晰選點(diǎn)跡明晰,且且1、2兩點(diǎn)間間隔接近兩點(diǎn)間間隔接近2 mm的紙帶。這是為了保的紙帶。這是為了保證紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)為重物靜止釋放時(shí)打的點(diǎn)證紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)為重物靜止釋放時(shí)打的點(diǎn),所以前兩個(gè)點(diǎn)的間所以前兩個(gè)點(diǎn)的間距

4、為距為h= gt2=2 mm。把紙帶上打出的兩點(diǎn)間的間隔為。把紙帶上打出的兩點(diǎn)間的間隔為2 mm的第的第一點(diǎn)作為起始點(diǎn)一點(diǎn)作為起始點(diǎn),記作記作0,在以后各點(diǎn)依次標(biāo)上在以后各點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3、;探求突破典例分析4.測(cè)間隔測(cè)間隔用刻度尺測(cè)出用刻度尺測(cè)出0點(diǎn)到點(diǎn)到1、2、3、的間隔的間隔,即為對(duì)應(yīng)下落的高度即為對(duì)應(yīng)下落的高度h1、h2、h3、(二二)數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置1.求瞬時(shí)速度求瞬時(shí)速度由公式由公式vn= 計(jì)算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度計(jì)算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、vn。;探求突破典例分析2.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律方法一方法一:利用起始點(diǎn)利用起始點(diǎn)方法二:任取兩點(diǎn)計(jì)算(1)

5、任取兩點(diǎn)A、B測(cè)出hAB,求出ghAB。;探求突破典例分析方法三:圖像法從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn),丈量從第一點(diǎn)到其他各點(diǎn)的下落高度h,并計(jì)算各點(diǎn)速度的二次方v2,然后以 v2為縱軸,以h為橫軸,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出 v2-h圖線。假設(shè)在誤差允許的范圍內(nèi)圖像是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線,那么驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。;探求突破典例分析(三)誤差分析1.本實(shí)驗(yàn)的誤差主要是由紙帶丈量產(chǎn)生的偶爾誤差、重物和紙帶運(yùn)動(dòng)中空氣阻力及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差,使動(dòng)能的添加量稍小于勢(shì)能的減少量。2.丈量時(shí)采取多次丈量求平均值的方法來減小偶爾誤差,安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)使兩限位孔中線豎直,并且選擇質(zhì)量適當(dāng)大些、體積盡量小些的

6、重物來減小系統(tǒng)誤差。3.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器周期變化帶來誤差。;探求突破典例分析(四)本卷須知1.安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn),使其兩限位孔中線豎直以減少摩擦阻力。2.重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小的資料。3.實(shí)驗(yàn)中,提紙帶的手要堅(jiān)持不動(dòng),且保證紙帶豎直。接通電源后,等打點(diǎn)計(jì)時(shí)器任務(wù)穩(wěn)定后再松開紙帶。4.丈量下落高度時(shí),為減小實(shí)驗(yàn)誤差,后邊的點(diǎn)應(yīng)距起點(diǎn)O較遠(yuǎn),在丈量各點(diǎn)到O點(diǎn)的間隔時(shí),該當(dāng)用刻度尺從O點(diǎn)量起,一次性讀出各點(diǎn)到O點(diǎn)的間隔。5.計(jì)算速度時(shí)不能用v=gt或v= ,否那么就犯了用機(jī)械能守恒定律去驗(yàn)證機(jī)械能守恒的錯(cuò)誤。 ;探求突破典例分析類型一對(duì)實(shí)驗(yàn)器材及步驟的調(diào)查【例1】 (2021天津理綜)如下圖,打

7、點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上,使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開場(chǎng)自在下落,利用此安裝驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。;探求突破典例分析(1)對(duì)于該實(shí)驗(yàn),以下操作中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有利的是。 A.重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘B.兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對(duì)正C.準(zhǔn)確丈量出重物的質(zhì)量D.用手托穩(wěn)重物,接通電源后,釋放重物;探求突破典例分析(2)某實(shí)驗(yàn)小組利用上述安裝將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到50 Hz的交流電源上,按正確操作得到了一條完好的紙帶,由于紙帶較長(zhǎng),圖中有部分未畫出,如下圖。紙帶上各點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn),其中O點(diǎn)為紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)。重物下落高度應(yīng)從紙帶上計(jì)時(shí)點(diǎn)間的間隔直接測(cè)出,利用以下丈量值能完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

8、的選項(xiàng)有。 A.OA、AD和EG的長(zhǎng)度B.OC、BC和CD的長(zhǎng)度C.BD、CF和EG的長(zhǎng)度D.AC、BD和EG的長(zhǎng)度;探求突破典例分析解析:(1)重物選擇質(zhì)量、密度較大的金屬錘,可減小空氣阻力的影響保證自在下落,故A正確。兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對(duì)正,減小紙帶與限位孔間的阻力,保證自在下落,故B正確。由mgh= mv2可得m的大小與實(shí)驗(yàn)結(jié)論無關(guān),故C不正確。用手拿著紙帶的上端,讓重物懸空,先接通電源,再釋放。假設(shè)托重物再釋放,紙帶不繃緊,實(shí)驗(yàn)誤差大,故D錯(cuò)誤。(2)要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,必需測(cè)出下落高度,計(jì)算相應(yīng)點(diǎn)的瞬時(shí)速度。A項(xiàng),OA段可求得OA中點(diǎn)速度大小,AD段可求得AD中點(diǎn)速度的大小

9、,EG段可求得F點(diǎn)速度的大小,但不可求得各中點(diǎn)間的間隔大小,因此無法求得相應(yīng)過程中重物的重力勢(shì)能的變化量,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;探求突破典例分析B項(xiàng),根據(jù)BC段、CD段的間隔可求得C點(diǎn)的速度大小,即可求得C點(diǎn)處的動(dòng)能大小,由于O點(diǎn)處動(dòng)能為0,可求得OC段動(dòng)能的變化量,再根據(jù)OC段間隔即可求得C點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的重力勢(shì)能變化量,驗(yàn)證機(jī)械能守恒,故B項(xiàng)正確;C項(xiàng),根據(jù)知BD段長(zhǎng)度可求得C點(diǎn)的速度大小,知EG長(zhǎng)度可求得F點(diǎn)速度大小,進(jìn)而求得C點(diǎn)到F點(diǎn)的動(dòng)能變化,又由于知CF的長(zhǎng)度大小,可求得其重力勢(shì)能的變化量,故C項(xiàng)正確;D項(xiàng),由AC段長(zhǎng)度可求得B點(diǎn)的速度大小,BD段長(zhǎng)度可求得C點(diǎn)的速度大小,EG段長(zhǎng)度可求得F點(diǎn)的速

10、度大小,但無法求得各知速度的點(diǎn)間的間隔大小,無法求得其重力勢(shì)能的變化量,故D項(xiàng)錯(cuò)誤,應(yīng)選B、C。答案:(1)AB(2)BC ;探求突破典例分析類型二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處置【例2】 某同窗做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí),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(diǎn)間的間隔已測(cè)出標(biāo)在圖中,單位是cm。知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器任務(wù)頻率為50 Hz,重力加速度g取9.8 m/s2。(1)鉤碼在2點(diǎn)的速度v2=和鉤碼在5點(diǎn)的速度v5=,此過程中動(dòng)能添加量Ek=,重力勢(shì)能減少量Ep=。 ;探求突破典例分析(2)比較得Ek(選填“大于“等于或“小于)Ep,緣由是。由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論 。 (3)

11、根據(jù)實(shí)驗(yàn)判別以下圖像正確的選項(xiàng)是(其中Ek表示物體動(dòng)能的變化,h表示物體下落的高度)。 ;探求突破典例分析我們選5點(diǎn)為重力勢(shì)能參考點(diǎn),那么重力勢(shì)能減少為Ep=mgh25=m9.8(3.2+3.6+4.0)10-2 J=1.06m J。(2)顯然EkEp,緣由是實(shí)驗(yàn)中鉤碼要抑制阻力做功。由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論為在誤差允許的范圍內(nèi),機(jī)械能守恒。(3)物體機(jī)械能守恒,那么物體減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為添加的動(dòng)能,即Ek=mgh,可見物體添加的動(dòng)能與下落的間隔成正比,選項(xiàng)C正確。;探求突破典例分析答案:(1)1.50 m/s2.075 m/s1.03m J1.06m J(2)小于實(shí)驗(yàn)中鉤碼要抑制阻力做功在誤差

12、允許的范圍內(nèi),機(jī)械能守恒(3)C;12341.(多項(xiàng)選擇多項(xiàng)選擇)以下關(guān)于驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差與操以下關(guān)于驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差與操作正誤的說法正確的選項(xiàng)是作正誤的說法正確的選項(xiàng)是()A.重錘的質(zhì)量稱量不準(zhǔn)會(huì)呵斥較大的誤差重錘的質(zhì)量稱量不準(zhǔn)會(huì)呵斥較大的誤差B.重錘的質(zhì)量選用大些重錘的質(zhì)量選用大些,有利于減小誤差有利于減小誤差C.重錘的質(zhì)量選用小些重錘的質(zhì)量選用小些,有利于減小誤差有利于減小誤差D.先松開紙帶讓重物下落先松開紙帶讓重物下落,再讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器任務(wù)再讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器任務(wù),會(huì)呵斥較大過失會(huì)呵斥較大過失;1234解析:在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)中,我們只需比較gh與 v2的

13、值即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律能否成立,與重錘的質(zhì)量無關(guān),所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤;假設(shè)重錘的質(zhì)量選得大些,那么在重錘下落過程中,空氣阻力可忽略不計(jì),有利于減小相對(duì)誤差,所以選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;先松開紙帶再打點(diǎn),此時(shí)紙帶上打第一個(gè)點(diǎn)的初速度已不為零,即打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)已有了初動(dòng)能,重錘動(dòng)能的增量比重錘重力勢(shì)能的減少量大,產(chǎn)生錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確。答案:BD;12342.(多項(xiàng)選擇多項(xiàng)選擇)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,需求特別留意的有需求特別留意的有()A.稱出鉤碼的質(zhì)量稱出鉤碼的質(zhì)量B.手提紙帶手提紙帶,先接通電源再松開紙帶讓鉤碼落下先接通電源再松開紙帶讓鉤碼落下C.取下紙帶取下紙帶

14、,可不思索前面較密集的點(diǎn)可不思索前面較密集的點(diǎn),選某個(gè)明晰的點(diǎn)作為起始選某個(gè)明晰的點(diǎn)作為起始運(yùn)運(yùn)解析:按實(shí)驗(yàn)要求,本實(shí)驗(yàn)應(yīng)先接通電源再放開紙帶,而挑選紙帶應(yīng)選擇v0=0的紙帶,v0=0的紙帶的特點(diǎn)應(yīng)為d122 mm。答案:BD;12343.關(guān)于驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)關(guān)于驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn),下面列出一些實(shí)驗(yàn)步驟下面列出一些實(shí)驗(yàn)步驟:A.用天平稱出重物和夾子的質(zhì)量用天平稱出重物和夾子的質(zhì)量B.將重物系在夾子上將重物系在夾子上C.將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,上端用手提著上端用手提著,下端夾在系有重物的夾下端夾在系有重物的夾子上子上,再把紙帶向上拉再把紙帶向上拉,讓夾子靜止接近打點(diǎn)計(jì)

15、時(shí)器處讓夾子靜止接近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處D.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在學(xué)生電源的交流輸出端把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在學(xué)生電源的交流輸出端,把輸出電壓調(diào)至把輸出電壓調(diào)至6 V(電源暫不接通電源暫不接通)E.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用鐵夾固定到放在桌邊的鐵架臺(tái)上把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用鐵夾固定到放在桌邊的鐵架臺(tái)上,使兩個(gè)限位孔使兩個(gè)限位孔在同一豎直線上在同一豎直線上F.在紙帶上選取幾個(gè)點(diǎn)在紙帶上選取幾個(gè)點(diǎn),進(jìn)展丈量并記錄數(shù)據(jù)進(jìn)展丈量并記錄數(shù)據(jù)G.用停表測(cè)出重物下落時(shí)間用停表測(cè)出重物下落時(shí)間H.接通電源接通電源,待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器任務(wù)穩(wěn)定后釋放紙帶待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器任務(wù)穩(wěn)定后釋放紙帶I.切斷電源切斷電源;1234J.改換紙帶,重新進(jìn)展兩次實(shí)驗(yàn)K.在三條紙帶中,

16、選出較好的一條L.進(jìn)展計(jì)算,得出結(jié)論,完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告M.拆下導(dǎo)線,整理器材對(duì)于本實(shí)驗(yàn),以上步驟中不用要的有;正確步驟的合理順序是(填寫代表字母)。 解析:根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和操作步驟可知不用要的有A、G;正確步驟的合理順序是EDBCHIJKFLM。答案:AGEDBCHIJKFLM;12344.在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,某同窗實(shí)驗(yàn)時(shí)某同窗實(shí)驗(yàn)時(shí),手總是抖動(dòng)手總是抖動(dòng),找找不出一條起始點(diǎn)跡明晰的紙帶不出一條起始點(diǎn)跡明晰的紙帶,該同窗便選取一段紙帶進(jìn)展丈量該同窗便選取一段紙帶進(jìn)展丈量,如下圖如下圖,A、B、C、D、E、F是以是以2個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)為個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)為1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),其丈量其丈量結(jié)果是結(jié)果是AB=4.53 cm,AC=10.58 cm,AD=18.17 cm,AE=27