2019-2020学年人教版物理必修二课件：第七章 第9节　实验 验证机械能守恒定律

1、第第9 9节实验节实验: :验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律 学习目标学习目标 1.1.理解验证机械能守恒定律的思路理解验证机械能守恒定律的思路, ,明确需要测量的物理量。明确需要测量的物理量。 2.2.能控制实验条件能控制实验条件, ,正确地进行实验操作。正确地进行实验操作。 3.3.知道测量点的选取条件。知道测量点的选取条件。 4.4.会根据纸带测定下落的距离会根据纸带测定下落的距离, ,掌握测量瞬时速度的方法。掌握测量瞬时速度的方法。 5.5.能根据实验数据得出实验结论。能根据实验数据得出实验结论。 6.6.能对实验的误差原因作定性分析能对实验的误差原因作定性分析, ,并采取相应措施

2、减小误差。并采取相应措施减小误差。 实验基础实验基础 实验探究实验探究 二、注意事项二、注意事项 1.1.先接通电源打点先接通电源打点, ,后释放纸带。后释放纸带。 4.4.测量下落高度时测量下落高度时, ,为减小实验误差为减小实验误差, ,后边的点应距起点较远后边的点应距起点较远, ,在测量各在测量各 点到起点的距离时点到起点的距离时, ,应当用刻度尺从起点量起应当用刻度尺从起点量起, ,一次性读出各点到起点的一次性读出各点到起点的 距离。距离。 典例研习典例研习 类型一对实验器材与操作的考查类型一对实验器材与操作的考查 例例11 在验证机械能守恒定律的实验中在验证机械能守恒定律的实验中,

3、, (1)(1)实验室已提供了铁架台、重物、夹子、导线、纸带等器材。为完成实验室已提供了铁架台、重物、夹子、导线、纸带等器材。为完成 此实验此实验, ,除了所给的器材除了所给的器材, ,从图中还必须选取的实验器材的名称从图中还必须选取的实验器材的名称 是是。 (2)(2)有同学按以下步骤进行实验操作有同学按以下步骤进行实验操作: : A.A.用天平称出重物和夹子的质量用天平称出重物和夹子的质量 B.B.固定好打点计时器固定好打点计时器, ,将连着重物的纸带穿过限位孔将连着重物的纸带穿过限位孔, ,用手提住用手提住, ,且让手尽且让手尽 量靠近打点计时器量靠近打点计时器 C.C.松开纸带松开纸带

4、, ,接通电源接通电源, ,开始打点。并如此重复多次开始打点。并如此重复多次, ,以得到几条打点纸带以得到几条打点纸带 D.D.取下纸带取下纸带, ,挑选点迹清晰的纸带挑选点迹清晰的纸带, ,记下起始点记下起始点O,O,在距离在距离O O点较近处选择连点较近处选择连 续几个计数点续几个计数点( (或计时点或计时点),),并计算出各点的速度值并计算出各点的速度值 E.E.测出各点到测出各点到O O点的距离点的距离, ,即得到重物下落的高度即得到重物下落的高度 在以上步骤中在以上步骤中, ,不必要的步骤是不必要的步骤是 ; ;有错误或不妥的有错误或不妥的 步骤是步骤是( (填字母填字母););更正

5、情况是更正情况是: ; ; ; ; ; ; 。 (3)(3)下列方法有助于减小实验误差的是下列方法有助于减小实验误差的是( (填字母填字母) )。 A.A.重物下落的高度尽量高一点重物下落的高度尽量高一点 B.B.必须从纸带上第一个点开始计算验证机械能是否守恒必须从纸带上第一个点开始计算验证机械能是否守恒 C.C.重复多次实验时重复多次实验时, ,重物必须从同一位置开始下落重物必须从同一位置开始下落 D.D.重物的密度尽量大一些重物的密度尽量大一些 思路探究思路探究: :本实验比较重物在下落过程中重力势能的减少量本实验比较重物在下落过程中重力势能的减少量EEp p与动与动 能的增加量能的增加量

6、EEk k是否相等是否相等, ,如果操作不当或错误如果操作不当或错误, ,就会增大重物和纸带就会增大重物和纸带 所受阻力所受阻力, ,导致机械能损耗过大导致机械能损耗过大, ,无法达到实验目的。因此本题可对无法达到实验目的。因此本题可对 照实验注意事项和围绕减小误差方面进行考虑。照实验注意事项和围绕减小误差方面进行考虑。 (3)(3)重物下落的高度尽量高一点重物下落的高度尽量高一点, ,则下落高度的测量误差相对小一则下落高度的测量误差相对小一 些些,A,A正确正确; ;重物的密度尽量大一些重物的密度尽量大一些, ,则物体下落过程中所受阻力的影则物体下落过程中所受阻力的影 响相对小一些响相对小一

7、些,D,D正确。实验中正确。实验中, ,可以选取下落过程中的某一段来验证可以选取下落过程中的某一段来验证 机械能是否守恒机械能是否守恒, ,重复多次实验时重复多次实验时, ,重物也不必从同一位置开始下落重物也不必从同一位置开始下落, , 故故B,CB,C错误。错误。 答案答案: :见解析见解析 规律方法规律方法 (2)(2)所有用打点计时器的实验所有用打点计时器的实验, ,都应该先接通打点计时器都应该先接通打点计时器, ,等打点稳定等打点稳定 后再释放纸带。后再释放纸带。 类型二实验原理与数据处理类型二实验原理与数据处理 例例2 2 利用图利用图1 1装置做装置做“验证机械能守恒定律验证机械能

8、守恒定律”实验。实验。 (1)(1)为验证机械能是否守恒为验证机械能是否守恒, ,需要比较重物下落过程中任意两点间的需要比较重物下落过程中任意两点间的( () ) A.A.动能变化量与势能变化量动能变化量与势能变化量 B.B.速度变化量和势能变化量速度变化量和势能变化量 C.C.速度变化量和高度变化量速度变化量和高度变化量 解析解析: :(1)(1)重物下落过程中重物下落过程中, ,重力势能减少重力势能减少, ,动能增加动能增加, ,验证机械能守恒验证机械能守恒 时应比较重物下落过程中任意两点间动能变化量与势能变化量大小是时应比较重物下落过程中任意两点间动能变化量与势能变化量大小是 否相等否相

9、等, ,选项选项A A正确。正确。 答案答案: :(1)A(1)A 解析解析: :(2)(2)电磁打点计时器需要交流电源电磁打点计时器需要交流电源, ,测量纸带上点间的距离需要测量纸带上点间的距离需要 刻度尺刻度尺, ,实验中无需知道重物的质量实验中无需知道重物的质量, ,故选故选A,BA,B。 (2)(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台除带夹子的重物、纸带、铁架台( (含铁夹含铁夹) )、电磁打点计时器、导线、电磁打点计时器、导线 及开关外及开关外, ,在下列器材中在下列器材中, ,还必须使用的两种器材是还必须使用的两种器材是( () ) A.A.交流电源交流电源B.B.刻度尺刻度尺C.C.天

10、平天平( (含砝码含砝码) ) 答案答案: :( (2)AB 2)AB (3)(3)实验中实验中, ,先接通电源先接通电源, ,再释放重物再释放重物, ,得到如图得到如图2 2所示的一条纸带。在纸所示的一条纸带。在纸 带上选取三个连续打出的点带上选取三个连续打出的点A,B,C,A,B,C,测得它们到起始点测得它们到起始点O O的距离分别为的距离分别为 h hA A,h,hB B,h,hC C。 已知当地重力加速度为已知当地重力加速度为g,g,打点计时器打点的周期为打点计时器打点的周期为T,T,设重物的质量为设重物的质量为m,m, 从打从打O O点到打点到打B B点的过程中点的过程中, ,重物的

11、重力势能变化量重物的重力势能变化量EEp p= =, ,动能变动能变 化量化量EEk k= =。 解析解析: :(4)(4)实验中由于重物下落不可避免受到阻力作用实验中由于重物下落不可避免受到阻力作用, ,因此减少的重因此减少的重 力势能大于重物获得的动能力势能大于重物获得的动能, ,选项选项C C正确。正确。 (4)(4)大多数学生的实验结果显示大多数学生的实验结果显示, ,重力势能的减少量大于动能的增加量重力势能的减少量大于动能的增加量, , 原因是原因是( () ) A.A.利用公式利用公式v=gtv=gt计算重物速度计算重物速度 B.B.利用公式利用公式v= v= 计算重物速度计算重物

12、速度 C.C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D.D.没有采用多次实验取平均值的方法没有采用多次实验取平均值的方法 2gh 答案答案: :(4)C(4)C (5)(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒某同学想用下述方法研究机械能是否守恒, ,在纸带上选取多个计数点在纸带上选取多个计数点, , 测量它们到起始点测量它们到起始点O O的距离的距离h,h,计算对应计数点的重物速度计算对应计数点的重物速度v,v,描绘描绘v v2 2- -h h图像图像, , 并做如下判断并做如下判断: :若图像是一条过原点的直线若图像是一条过原点的直线, ,则重物下落过程中机械能守则重物

13、下落过程中机械能守 恒恒, ,请你分析论证该同学的判断依据是否正确。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。 答案答案: :(5)(5)见解析见解析 规律方法规律方法 研究纸带获得速度时应利用平均速度法研究纸带获得速度时应利用平均速度法, ,同时注意时间间隔、单位及同时注意时间间隔、单位及 有效数字。有效数字。 类型三实验的设计与创新类型三实验的设计与创新 例例33 某实验中学的物理兴趣实验小组利用如图某实验中学的物理兴趣实验小组利用如图( (甲甲) )所示的实验装置验所示的实验装置验 证系统的机械能守恒定律。证系统的机械能守恒定律。 将一气垫导轨倾斜地固定在水平桌面上将一气垫导轨倾斜地固定在水

14、平桌面上, ,导轨的倾角为导轨的倾角为,在气垫导轨的在气垫导轨的 左端固定一光滑的定滑轮左端固定一光滑的定滑轮, ,在靠近滑轮的在靠近滑轮的B B处固定一光电门处固定一光电门, ,将质量为将质量为m m的的 小球通过一质量不计的细线与一带有遮光板的总质量为小球通过一质量不计的细线与一带有遮光板的总质量为M M的滑块相连接。的滑块相连接。 现将带有遮光板的滑块由气垫导轨的现将带有遮光板的滑块由气垫导轨的A A处由静止释放处由静止释放, ,通过计算机测出遮通过计算机测出遮 光板的挡光时间为光板的挡光时间为t,t,用游标卡尺测出遮光板的宽度为用游标卡尺测出遮光板的宽度为b,b,用刻度尺测出用刻度尺测

15、出 A,BA,B之间的距离为之间的距离为d d。假设滑块在。假设滑块在B B处的瞬时速度等于挡光时间处的瞬时速度等于挡光时间t t内的平均内的平均 速度。速度。 由以上的叙述回答下列问题由以上的叙述回答下列问题: : v (1)(1)若游标卡尺的读数如图若游标卡尺的读数如图( (乙乙) )所示所示, ,则遮光板的宽度为则遮光板的宽度为mmmm。 答案答案: :(1)3.85 (1)3.85 解析解析: :(1)(1)遮光板的宽度为遮光板的宽度为 3 mm+0.05 mm3 mm+0.05 mm17=3.85 mm17=3.85 mm。 (2)(2)滑块到达光电门滑块到达光电门B B处的瞬时速度

16、处的瞬时速度v vB B= =。( (用字母表示用字母表示) (3)(3)如果该小组的同学测得气垫导轨的倾角如果该小组的同学测得气垫导轨的倾角=30=30, ,在滑块由在滑块由A A点运动到点运动到 B B点的过程中点的过程中, ,系统动能增加量系统动能增加量EEk k为为, ,系统重力势能减少量系统重力势能减少量EEp p 为为, ,若在误差允许的范围内若在误差允许的范围内EEk k=E=Ep p, ,则滑块与小球组成的系统则滑块与小球组成的系统 机械能守恒。重力加速度用机械能守恒。重力加速度用g g表示。表示。( (以上结果均用字母表示以上结果均用字母表示) ) (4)(4)在验证了机械能守恒定律后在验证了机械能守恒定律后, ,该小组的同学多次改变该小组的同学多次改变A,BA,B间的距离间的距离d,d, 并作出