2019_20学年高中物理第七章9.实验验证机械能守恒定律课件新人教版必修.pptx

9.实验:验证机械能守恒定律,自我检测,自主梳理,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(46 V)。,自我检测,自主梳理,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。 3.测量重物在某点的动能: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个点到第一个点的距离)。 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,自主梳理,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,自主梳理,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,自主梳理,(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,自主梳理,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,随堂检测,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。,随堂检测,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、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,随堂检测,探究一,探究二,随堂检测,探究一,探究二,随堂检测,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)。 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 F.在误差允许范围内,看减少的重力势能mgh是否等于增加的动能 ,从而验证机械能守恒定律,随堂检测,探究一,探究二,(2)实验中,打点周期为0.02 s,自由下落的重物质量为1 kg,打出一条理想的纸带,数据如图所示,单位是cm,g取9.8 m/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),随堂检测,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=19.85.0110-2 J0.49 J 此过程物体动能的增加量 答案:(1)BCD (2)0.98 0.49 0.48,随堂检测,探究一,探究二,实验误差分析与注意事项,随堂检测,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。,随堂检测,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。,随堂检测,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,随堂检测,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: ; ; ; 。,随堂检测,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,随堂检测,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,探究一,探究二,随堂检测,探究一,探究二,随堂检测,答案:D,探究一,探究二,随堂检测,2.下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差与操作正误的说法中,正确的是( ) A.重锤的质量称量不准会造成较大的误差 B.重锤的质量选用大些,有利于减小误差 C.重锤的质量选用小些,有利于减小误差 D.先松开纸带让重物下落,再让打点计时器工作,会造成较大差错 解析:在“验证机械能守恒定律”实验中,我们只需比较gh与 的值即可验证机械能守恒定律是否成立,与重锤的质量无关,所以选项A错误;若重锤的质量选得大些,则在重锤下落过程中,空气阻力可忽略不计,有利于减小相对误差,所以选项B正确,选项C错误;先松开纸带再打点,此时纸带上打第一个点的初速度已不为零,即打第一个点时已有了初动能,重锤动能的增量比重锤重力势能的减少量大,产生错误,选项D正确。 答案:BD,探究一,探究二,随堂检测,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v2h,所画v2-h图象是一通过原点的直线。 答案:C,探究一,探究二,随堂检测,4.在验证机械能守恒定律的实验中,使质量为m=200 g的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,选取一条符合实验要求的纸带如图所示。O为纸带下落的起始点,A、B、C为纸带上选取的三个连续点。已知打点计时器每隔T=0.02 s打一个点,当地的重力加速度g为9.8 m/s2,那么,探究一,探究二,随堂检测,(1)计算B点瞬时速度时,甲同学用 。其中所选择方法正确的是 (选填“甲”或“乙”)同学。 (2)丙同学想根据纸带上的测量数据进一步计算重物和纸带下落过程中所受的阻力,为此他计算出纸带下落的加速度为 m/s2,从而计算出阻力f= N。 (3)若同学丁不慎将上述纸带从O、A之间扯断,他仅利用A点之后的纸带能否实现验证机械能守恒定律的目的? (选填“能”或“不能”)。,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