人教版物理必修二ppt课件：7.9实验验证机械能守恒定律.pptx

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1、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.验证机械能守恒的定律装置如图所示,请你说出做实验用到的实验器材。答案: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(46 V)。,自我检测,自主阅读,2.如何测出实验中重物下落过程中重力势能的变化?答案: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,这样就能得到重物下落过程中重力势能的变化。3.如何测出实验中重物在某点的下落速度,从而求出重物的动能?答案:纸带上第n个点的瞬时速度等于这个点前后相邻两点间的平均速度(hn+1、hn-1分别为第n+1个点、第n-1个点到

2、第一个点的距离)。4.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、要注意的问题1.重物下落的过程中,除了重力外会受到哪些阻力?怎样减少这些阻力对实验的影响?答案:重物下落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.重物下落时,最好选择哪两个位置作为过程的开始和终结的位置?答案:选起始点和后边的一个点分析机械能守恒方便。3.为了增加实验结果的可靠性,需要进行哪些操作?答案:可以重复进行多次实验,还要在一次下落

3、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,三、速度的测量如图所示,A、B、C是纸带上相邻的三个点,请证明:做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度。,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

4、释放重物。()答案:,自我检测,自主阅读,2.让物体自由下落,通过打点计时器打出纸带,有哪几种方案可以验证机械能守恒定律?,3.验证机械能守恒定律实验中是否需要用到天平?,知识点一,知识点二,问题导引实验中,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。,知识点一,知识点二,知识归纳一、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。,知识点一,知识点二,2.打纸带:将纸带的一端用夹子固定在

5、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35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2 mm的纸带,把纸带上打出的两点间的距离为2 mm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、34.测距离:用刻度尺测出O点到1、2、3的距离,即为对应下落的高度h1、h2、h3,知识点一,知识点二,知识点一,知识点二,知识点一,知识点二,知识点一,知识点二,(1)请指出实验装置中存在的明显错误:。(2)进行实验时,为保证重物下落时初速度为零,应(选填“A”或“

6、B”)。A.先接通电源,再释放纸带B.先释放纸带,再接通电源(3)根据打出的纸带,选取纸带上连续打出的1、2、3、4四个点如图乙所示。已测出1、2、3、4到打出的第一个点O的距离分别为h1、h2、h3、h4,打点计时器的打点周期为T。若代入所测数据能满足表达式gh3=,则可验证重物下落过程机械能守恒(用题目中已测出的物理量表示)。,知识点一,知识点二,解析:(1)从题图甲中的实验装置中发现,打点计时器接在了“直流电源”上,打点计时器的工作电源是“低压交流电源”。因此,明显的错误是打点计时器接在了“直流电源”上。(2)为了使纸带上打下的第1个点是速度为零的初始点,应该先接通电源,让打点计时器正常

7、工作后,再释放纸带。若先释放纸带,再接通电源,当打点计时器打点时,纸带已经下落,打下的第1个点的速度不为零。因此,为保证重物下落的初速度为零,应先接通电源,再释放纸带。,知识点一,知识点二,答案:(1)打点计时器接在了“直流电源”上(或打点计时器应接“交流电源”),知识点一,知识点二,知识点一,知识点二,知识归纳一、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。,知识点一,知识点二,二、注

8、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。,知识点一,知识点二,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

9、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,知识点一,知识点二,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:;。,知识点一,知识点二,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

10、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.称出重锤的质量C.纸带上第1、2两点间距若不接近2 mm,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A错误;由于mgh=mv2,故称出重锤的质量是多余的,选项B错误;纸带上第1、2两点的间距不接近2 mm,是由于通电后释放重锤时操作不同步造成的,不会影响验证结果,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

11、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.(多选)下图是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带。有关尺寸在图中已注明。我们选中n点来验

12、证机械能守恒定律。下面举一些计算n点速度的方法,其中正确的是()A.n点是第n个点,则vn=gnTB.n点是第n个点,则vn=g(n-1)T解析:vn应表示从(n-1)到(n+1)间的平均速度。C、D对,A、B错。答案:CD,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50 Hz,查得当地的重力加速度g取9.8 m/s2,某同学选择了一条理想的纸带,用刻度尺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

13、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=m9.80.195 J=1.911m J。重物下落到B点时的速度为所以重物从开始下落到B点增加的动能为(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

14、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5.0010-2 s、2.0010-2 s。已知滑块质量为2.00 kg,滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm,光电门1和2之间的距离为0.54 m,g取9.80 m/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=2.009.800.54sin 30 J5.29 J。答案:(1)1.002.50(2)5.255.29,