滬科版高中物理必修2：4.5實驗-驗證機(jī)械能守恒定律ppt課件

1、實驗實驗: :驗證機(jī)械能守恒定律驗證機(jī)械能守恒定律;一、實驗?zāi)康倪\用打點計時器驗證在只需重力做功時,物體的機(jī)械能守恒定律。二、實驗原理只需重力做功時,重力勢能和動能相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒,重力勢能的減少量等于動能的添加量。三、實驗器材方案一:鐵架臺、擺球、鉛筆、DIS安裝、刻度尺。方案二:鐵架臺(帶鐵夾)、電磁打點計時器、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驗步驟方案一:用擺球和DIS安裝驗證機(jī)械能守恒定律(一)實驗步驟1.在鐵架臺上端用鐵架懸掛一個擺球。2.在方格紙上確定4至5個點作為丈量點。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。分別測定擺球在擺動過程中恣意時辰的動能和重力勢能。5.研討每一個丈量點上機(jī)械能的總量有什么特點。;探求突破典例分析(二)本卷須知1.小球運動時,應(yīng)使其軌跡在同一豎直面內(nèi),防止做圓錐擺運動。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)確測定小球在各位置的瞬時速度,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計時器驗證機(jī)械能守恒定律(一)實驗步驟;探求突破典例分析1.安安裝安安裝按圖將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上按圖將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上,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,另一端穿過打點計時器的限另一端穿過打點計時器的限位孔位孔,用手提著紙帶使重物靜止在接近打點計時器的地方。先接通用手提著紙帶使重物靜止在接近打點計時器的地方。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次實驗。次實驗。3.選紙帶選紙帶選點跡明晰選點跡明晰,且且1、2兩點間間隔接近兩點間間隔接近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點為重物靜止釋放時打的點證紙帶上的第一個點為重物靜止釋放時打的點,所以前兩個點的間所以前兩個點的間距

4、為距為h= gt2=2 mm。把紙帶上打出的兩點間的間隔為。把紙帶上打出的兩點間的間隔為2 mm的第的第一點作為起始點一點作為起始點,記作記作0,在以后各點依次標(biāo)上在以后各點依次標(biāo)上1、2、3、;探求突破典例分析4.測間隔測間隔用刻度尺測出用刻度尺測出0點到點到1、2、3、的間隔的間隔,即為對應(yīng)下落的高度即為對應(yīng)下落的高度h1、h2、h3、(二二)數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置1.求瞬時速度求瞬時速度由公式由公式vn= 計算出各計數(shù)點的瞬時速度計算出各計數(shù)點的瞬時速度v1、v2、v3、vn。;探求突破典例分析2.驗證機(jī)械能守恒定律驗證機(jī)械能守恒定律方法一方法一:利用起始點利用起始點方法二:任取兩點計算(1)

5、任取兩點A、B測出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點,丈量從第一點到其他各點的下落高度h,并計算各點速度的二次方v2,然后以 v2為縱軸,以h為橫軸,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出 v2-h圖線。假設(shè)在誤差允許的范圍內(nèi)圖像是一條過原點且斜率為g的直線,那么驗證了機(jī)械能守恒定律。;探求突破典例分析(三)誤差分析1.本實驗的誤差主要是由紙帶丈量產(chǎn)生的偶爾誤差、重物和紙帶運動中空氣阻力及打點計時器摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差,使動能的添加量稍小于勢能的減少量。2.丈量時采取多次丈量求平均值的方法來減小偶爾誤差,安裝打點計時器時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.打點計時器周期變化帶來誤差。;探求突破典例分析(四)本卷須知1.安裝打點計時器時要豎直架穩(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.實驗中,提紙帶的手要堅持不動,且保證紙帶豎直。接通電源后,等打點計時器任務(wù)穩(wěn)定后再松開紙帶。4.丈量下落高度時,為減小實驗誤差,后邊的點應(yīng)距起點O較遠(yuǎn),在丈量各點到O點的間隔時,該當(dāng)用刻度尺從O點量起,一次性讀出各點到O點的間隔。5.計算速度時不能用v=gt或v= ,否那么就犯了用機(jī)械能守恒定律去驗證機(jī)械能守恒的錯誤。 ;探求突破典例分析類型一對實驗器材及步驟的調(diào)查【例1】 (2021天津理綜)如下圖,打

7、點計時器固定在鐵架臺上,使重物帶動紙帶從靜止開場自在下落,利用此安裝驗證機(jī)械能守恒定律。;探求突破典例分析(1)對于該實驗,以下操作中對減小實驗誤差有利的是。 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)某實驗小組利用上述安裝將打點計時器接到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,圖中有部分未畫出,如下圖。紙帶上各點是打點計時器打出的計時點,其中O點為紙帶上打出的第一個點。重物下落高度應(yīng)從紙帶上計時點間的間隔直接測出,利用以下丈量值能完成驗證機(jī)械能守恒定律

8、的選項有。 A.OA、AD和EG的長度B.OC、BC和CD的長度C.BD、CF和EG的長度D.AC、BD和EG的長度;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的大小與實驗結(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,實驗誤差大,故D錯誤。(2)要驗證機(jī)械能守恒定律,必需測出下落高度,計算相應(yīng)點的瞬時速度。A項,OA段可求得OA中點速度大小,AD段可求得AD中點速度的大小

9、,EG段可求得F點速度的大小,但不可求得各中點間的間隔大小,因此無法求得相應(yīng)過程中重物的重力勢能的變化量,故A項錯誤;探求突破典例分析B項,根據(jù)BC段、CD段的間隔可求得C點的速度大小,即可求得C點處的動能大小,由于O點處動能為0,可求得OC段動能的變化量,再根據(jù)OC段間隔即可求得C點處對應(yīng)的重力勢能變化量,驗證機(jī)械能守恒,故B項正確;C項,根據(jù)知BD段長度可求得C點的速度大小,知EG長度可求得F點速度大小,進(jìn)而求得C點到F點的動能變化,又由于知CF的長度大小,可求得其重力勢能的變化量,故C項正確;D項,由AC段長度可求得B點的速度大小,BD段長度可求得C點的速度大小,EG段長度可求得F點的速

10、度大小,但無法求得各知速度的點間的間隔大小,無法求得其重力勢能的變化量,故D項錯誤,應(yīng)選B、C。答案:(1)AB(2)BC ;探求突破典例分析類型二實驗數(shù)據(jù)分析和處置【例2】 某同窗做驗證機(jī)械能守恒定律實驗時,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間的間隔已測出標(biāo)在圖中,單位是cm。知打點計時器任務(wù)頻率為50 Hz,重力加速度g取9.8 m/s2。(1)鉤碼在2點的速度v2=和鉤碼在5點的速度v5=,此過程中動能添加量Ek=,重力勢能減少量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。由以上可得出實驗結(jié)論 。 (3)

11、根據(jù)實驗判別以下圖像正確的選項是(其中Ek表示物體動能的變化,h表示物體下落的高度)。 ;探求突破典例分析我們選5點為重力勢能參考點,那么重力勢能減少為Ep=mgh25=m9.8(3.2+3.6+4.0)10-2 J=1.06m J。(2)顯然EkEp,緣由是實驗中鉤碼要抑制阻力做功。由以上可得出實驗結(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能轉(zhuǎn)化為添加的動能,即Ek=mgh,可見物體添加的動能與下落的間隔成正比,選項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)小于實驗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.(多項選擇多項選擇)以下關(guān)于驗證機(jī)械能守恒定律實驗的實驗誤差與操以下關(guān)于驗證機(jī)械能守恒定律實驗的實驗誤差與操作正誤的說法正確的選項是作正誤的說法正確的選項是()A.重錘的質(zhì)量稱量不準(zhǔn)會呵斥較大的誤差重錘的質(zhì)量稱量不準(zhǔn)會呵斥較大的誤差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,再讓打點計時器任務(wù)再讓打點計時器任務(wù),會呵斥較大過失會呵斥較大過失;1234解析:在驗證機(jī)械能守恒定律實驗中,我們只需比較gh與 v2的

13、值即可驗證機(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A錯誤;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,有利于減小相對誤差,所以選項B正確,選項C錯誤;先松開紙帶再打點,此時紙帶上打第一個點的初速度已不為零,即打第一個點時已有了初動能,重錘動能的增量比重錘重力勢能的減少量大,產(chǎn)生錯誤,選項D正確。答案:BD;12342.(多項選擇多項選擇)在驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中在驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中,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可不思索前面較密集的點,選某個明晰的點作為起始選某個明晰的點作為起始運運解析:按實驗要求,本實驗應(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的紙帶的特點應(yīng)為d122 mm。答案:BD;12343.關(guān)于驗證機(jī)械能守恒定律實驗關(guān)于驗證機(jī)械能守恒定律實驗,下面列出一些實驗步驟下面列出一些實驗步驟: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.將紙帶穿過打點計時器將紙帶穿過打點計時器,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計

15、時器處讓夾子靜止接近打點計時器處D.把打點計時器接在學(xué)生電源的交流輸出端把打點計時器接在學(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.把打點計時器用鐵夾固定到放在桌邊的鐵架臺上把打點計時器用鐵夾固定到放在桌邊的鐵架臺上,使兩個限位孔使兩個限位孔在同一豎直線上在同一豎直線上F.在紙帶上選取幾個點在紙帶上選取幾個點,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.用停表測出重物下落時間用停表測出重物下落時間H.接通電源接通電源,待打點計時器任務(wù)穩(wěn)定后釋放紙帶待打點計時器任務(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)展兩次實驗K.在三條紙帶中,

16、選出較好的一條L.進(jìn)展計算,得出結(jié)論,完成實驗報告M.拆下導(dǎo)線,整理器材對于本實驗,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)實驗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.在驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中在驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中,某同窗實驗時某同窗實驗時,手總是抖動手總是抖動,找找不出一條起始點跡明晰的紙帶不出一條起始點跡明晰的紙帶,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個計時點為個計時點為1個計數(shù)點個計數(shù)點,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