高三物理第一輪復(fù)習(xí) 第六章 第四單元 第7課時(shí) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 必修2

1、第四單元　 實(shí)驗(yàn)與探究第7課時(shí)　實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,必修2　 第六章　機(jī)械能和能源,,基礎(chǔ)回顧,實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn)證在只有________作用的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能可以相互________，但總機(jī)械能________．,答案：重力　轉(zhuǎn)化　守恒,要點(diǎn)深化,1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證機(jī)械能守恒定律2．實(shí)驗(yàn)原理只有重力做功的情況下，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能守恒，利用儀器記錄下物體自由下落的高度h及

2、計(jì)算出瞬時(shí)的速度v，從而驗(yàn)證物體在自由下落過(guò)程中，重力勢(shì)能減少量ΔEp＝mgh與物體動(dòng)能的增加量 相等 。,物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受重力的作用，機(jī)械能守恒．即物體重力勢(shì)能的減少等于動(dòng)能的增加，設(shè)物體質(zhì)量為m，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度h，計(jì)算出瞬時(shí)速度v，則重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝mgh，,動(dòng)能的增加量ΔEk＝ mv2，比較ΔEp和ΔEk在誤差允許的范圍

3、內(nèi)是否相等，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．3．實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)(帶鐵夾)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，重錘(帶紙帶夾子)，紙帶數(shù)條，復(fù)寫(xiě)紙片，導(dǎo)線(xiàn)，毫米刻度尺，學(xué)生電源(交流4～6 V)．,4．實(shí)驗(yàn)步驟與數(shù)據(jù)處理(1)如下圖所示，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝好，連接好電路；,(2)將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶下端用夾子與重物(鉤碼或另選用重錘)相連，手提紙帶上端使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方，保持紙帶豎直；(3)接通電源，松開(kāi)紙帶，讓重物自由下落，計(jì)時(shí)器就在紙帶上

4、打下一系列的點(diǎn)；(4)更換紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)幾次，從打出的紙帶中挑出第一、二點(diǎn)間距離接近2 mm，且點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，如下圖所示；,(5)在所選紙帶的第一個(gè)點(diǎn)跡旁標(biāo)上0，然后在紙帶上選取五個(gè)連續(xù)點(diǎn)標(biāo)上1、2、3、4、5，用刻度尺量出各點(diǎn)到0點(diǎn)的距離h1、h2、h3、h4、h5；,(6)用公式 計(jì)算2、3、4各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度；(7)計(jì)算2、3、4各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的重力勢(shì)能減少量mghn和動(dòng)能

5、增加量 ，進(jìn)行比較，得出結(jié)論．5．誤差分析及減少誤差的做法(1)由于測(cè)長(zhǎng)度帶來(lái)的誤差屬于偶然誤差，減少誤差的方法一是測(cè)距離都應(yīng)從0點(diǎn)量起，二是多測(cè)幾次取平均值．(2)實(shí)際上重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力(主要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力)做功，故動(dòng)能的增加量ΔEk必定稍小于重力勢(shì)能的減少量ΔEp，這是屬于系統(tǒng)誤差．為了減小空氣阻力和紙帶所受阻力的影響，選擇的重物應(yīng)密度較大，安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)保持兩限位孔在同一條豎直線(xiàn)上

6、或選用電火花計(jì)時(shí)器．,,,題型一　 紙帶數(shù)據(jù)處理探究機(jī)械能是否守恒,紙帶數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵是求出重物下落的高度h和到達(dá)某點(diǎn)的瞬時(shí)速度vn，h為某點(diǎn)到起始點(diǎn)O的距離，n點(diǎn)的速度等于(n－1)點(diǎn)和(n＋1)點(diǎn)之間的平均速度．　在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的電源的頻率為50 Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80 m/s2，測(cè)得所用的重物質(zhì)量為1.00 kg.實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶(如下圖所示)，把第一個(gè)

7、點(diǎn)記為O，另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測(cè)量的點(diǎn)，經(jīng)測(cè)量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為62.99 cm,70.18 cm,77.76 cm，85.73 cm.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，重力勢(shì)能的減少量等于________J，動(dòng)能的增加量等于_______J(取3位有效數(shù)字)，由此說(shuō)明,,解析：由題意知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至C點(diǎn)，下落的高度為hC＝OC，hC＝77.76 cm＝0.7776 m所以，重力勢(shì)能的減少量

8、ΔEp為：ΔEp＝mghC＝1.00 kg×9.80 m/s2×0.7776 m≈7.62 J.重物經(jīng)過(guò)C點(diǎn)的即時(shí)速度vC可由下式求出：,答案：7.62 J　7.57 J　在誤差允許的范圍內(nèi)機(jī)械能守恒,≈7.57 J.,題型訓(xùn)練,1．在用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，某同學(xué)按照正確的操作得到如下圖所示的紙帶．其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的3個(gè)點(diǎn)，該同學(xué)用毫米刻度尺測(cè)量O到A、B、C各點(diǎn)的距離

9、，并記錄在圖中(單位：cm)．已知接打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源的頻率為50 Hz，重的有質(zhì)量為1 kg，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8 m/s2.,(1)這三個(gè)數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是________段，應(yīng)記作__________cm.,(2)該同學(xué)用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，先計(jì)算出該段重錘的重力勢(shì)能的減少量為_(kāi)_______；接著從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)O數(shù)起，數(shù)到圖中的B點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第9個(gè)點(diǎn)．因此他用vB＝gt計(jì)算出

10、跟B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物體的即時(shí)速度，得到動(dòng)能的增加量為_(kāi)________(均保留三位有效數(shù)字)．這樣他發(fā)現(xiàn)重力勢(shì)能的減少量__________(填“大于”或“小于”)動(dòng)能的增加量，造成這一誤差的原因是______________________________________,答案：(1)OC　15.70　(2)1.22 J　1.23 J　小于　v是按照自由落體計(jì)算的，實(shí)際上重錘下落的加速度因阻力作用而小于g，以vB＝gt計(jì)算重錘到B點(diǎn)的速度明

11、顯偏大，故計(jì)算的動(dòng)能偏大，造成以上誤差,,題型二　 創(chuàng)新性驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,利用光電門(mén)測(cè)時(shí)儀來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律是目前常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新題，這類(lèi)題關(guān)鍵在掌握計(jì)算滑塊通過(guò)每個(gè)光電門(mén)的速度，即用滑塊的長(zhǎng)度除以滑塊通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間．這里基于時(shí)間要極小，滑塊在某段時(shí)間內(nèi)的平均速度即可作為在該時(shí)間段任意一點(diǎn)的瞬時(shí)速度．,如右圖是一種光電計(jì)時(shí)器，它是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常用計(jì)時(shí)儀器，其結(jié)構(gòu)如圖所示，a、b分別是光電門(mén)的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體

12、從a、b間通過(guò)時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間．,利用如右圖裝置驗(yàn)證小球自由下落的過(guò)程中機(jī)械能是否守恒：在豎直放置的立柱上端有一個(gè)電磁鐵，通電時(shí)，小球被吸在電磁鐵上，斷電時(shí)，小球自由下落，計(jì)時(shí)裝置開(kāi)始計(jì)時(shí)．立柱上有兩個(gè)可調(diào)距離的光電門(mén)．當(dāng)小球經(jīng)過(guò)每個(gè)光電門(mén)時(shí)，光電計(jì)時(shí)裝置能測(cè)出小球通過(guò)每個(gè)光電門(mén)的時(shí)間，計(jì)算出通過(guò)光電門(mén)的速度，再測(cè)出兩個(gè)光電門(mén)的距離，便能進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證．,(1)為準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)和測(cè)量，除了上面提到的實(shí)驗(yàn)裝置之外，至少還需

13、要兩種實(shí)驗(yàn)器材，需要哪兩種？__________________、________________.(2)若測(cè)出小鋼球的直徑為L(zhǎng)，兩次經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間分別為Δt1和Δt2，則小鋼球先后通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度v1、v2分別是 v1＝________，v2＝________.(3)若測(cè)出兩個(gè)光電門(mén)的距離為S，在本實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)滿(mǎn)足一個(gè)怎樣的關(guān)系式才算是驗(yàn)證了機(jī)械能守恒？答：___________________________

14、_______,解析：(1)通過(guò)游標(biāo)卡尺測(cè)量小鋼球的直徑，通過(guò)毫米刻度尺測(cè)量?jī)蓚€(gè)光電門(mén)的距離；(2)光電門(mén)記錄的瞬時(shí)速度取經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均速度，,即 (3)如果機(jī)械能守恒，則有： 因質(zhì)量相同，故用

15、 即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒．,答案：(1)游標(biāo)卡尺　毫米刻度尺,題型訓(xùn)練,2.某班同學(xué)利用光電計(jì)時(shí)器驗(yàn)證物體沿斜面下滑過(guò)程中機(jī)械能守恒定律．如右圖所示，斜面的傾角為30°.讓小鐵塊P從斜面的頂端滑下，光電門(mén)1、2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為5.0×10－2 s和2.0×10－2 s．,已知小鐵塊質(zhì)量為2.00 kg，小鐵塊沿斜面方向的長(zhǎng)度為5.00 cm，光電門(mén)1和2之間

16、的距離為0.60 m，g取9.80 m/s2，取小鐵塊經(jīng)過(guò)每個(gè)光電門(mén)時(shí)的速度為其平均速度．,(1)小鐵塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)1時(shí)的速度v1＝______m/s，經(jīng)過(guò)光電門(mén)2時(shí)的速度v2＝_____m/s.(2)小鐵塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)1、2之間動(dòng)能的增加量為_(kāi)_______J，重力勢(shì)能的減少量為_(kāi)_______J.,(3)由(2)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)動(dòng)能的增加量________(選填大于或小于)重力勢(shì)能的減小量，這是由于______________________

17、_______,解析：(1)光電門(mén)記錄的瞬時(shí)速度取經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均速度，即,(2)動(dòng)能的增加量,＝5.25 J,重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝mgs12sin 30°＝2×9.8×0.6×0.5 J＝5.88 J.(3)由②數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)動(dòng)能的增加量小于重力勢(shì)能的減小量，這是由于斜面對(duì)小鐵塊的摩擦力做功而造成機(jī)械能的損失．答案：(1)1.00　2.50　(2)5.25　5.88　(3)小于　斜面對(duì)小鐵