7.9 實驗：驗證機械能守恒定律 課件（人教版必修2）

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9 實驗：驗證機械能守恒定律,注意事項 1．打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以減少摩擦阻力． 2．重物密度要大：重物應選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料． 3．一先一后：應先接通電源，讓打點計時器正常工作，后松開紙帶讓重物下落．,誤差分析 1．測量誤差：減小測量誤差的辦法，一是測下落距離時都從0點量起，一次將各打點對應下落高度測量完，二是多測幾次取平均值．,【例1】 用如圖7－9－1所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，實驗所用的電源為學生電源，輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種．重物從高處由靜止開始下落，重物上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點的痕跡進行測量，即能驗證機械能守恒定律．,實驗原理與操作,圖7－9－1,下面列舉了該實驗的幾個操作步驟： A．按照圖示的裝置安裝器材； B．將打點計時器接到電源的直流輸出端上； C．用天平測量出重物的質(zhì)量； D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶； E．測量打出的紙帶上某些點之間的距離； F．根據(jù)測量的結(jié)果計算重物下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能．,指出其中沒有必要進行的或者操作不恰當?shù)牟襟E，將其選項對應的字母填在下面的橫線上，并說明其原因： ________________________________________________________________________________________________________________________________________________. 解析 步驟B是錯誤的，應該接到電源的交流輸出端；步驟D是錯誤的，應該先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶；步驟C不必要，因為根據(jù)測量原理，重物的動能和勢能中都包含了質(zhì)量m，可以約去． 答案 BCD 原因見解析,【例2】 某同學做“驗證機械能守恒定律”實驗時不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分破壞了，測出剩下的一段紙帶上的各個點間的距離如圖7－9－2所示．已知打點計時器的工作頻率為50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.則：,數(shù)據(jù)處理及誤差分析,圖7－9－2,(1)利用這段紙帶說明重錘通過2、5兩點時機械能守恒； (2)分別說明為什么得到的結(jié)果是重力勢能的減少量稍大于重錘動能的增加量．,(2)由以上處理過程可以看出，瞬時速度v2和v5的計算是準確的，即ΔEk是準確的．而重錘下落過程中不可避免地要克服阻力做功，從而減少一部分能量．重錘重力勢能減少量中一部分用來克服阻力做功，另一部分用來增加重錘的動能，即有－ΔEp＝ΔEk＋W，所以總有－ΔEpΔEk. 答案 見解析,【例3】 利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖7－9－3所示．,拓展創(chuàng)新實驗,圖7－9－3,(1)實驗步驟： ①將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導軌調(diào)至水平． ②用游標卡尺測出擋光條的寬度l＝9.30 mm. ③由導軌標尺讀出兩光電門中心間的距離s＝________cm. ④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2. ⑤從數(shù)字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間Δt1和Δt2. ⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m.,(2)用表示直接測量量的字母寫出下列物理量的表達式． ①滑塊通過光電門1和光電門2時，瞬時速度分別為v1＝________和v2＝________. ②當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1＝________和Ek2＝________. ③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝________(重力加速度為g)． (3)如果ΔEp＝________，則可認為驗證了機械能守恒定律．,③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝mgs. (3)如果在誤差允許的范圍內(nèi)ΔEp＝Ek2－Ek1，則可認為驗證了機械能守恒定律．,1．關(guān)于“驗證機械能守恒定律”的實驗中，以下說法正確的是 ( )． A．實驗中摩擦是不可避免的，因此紙帶越短越好，因為紙帶越短，克服摩擦力做的功就越小，誤差就越小 B．稱出重錘的質(zhì)量 C．紙帶上第1、2兩點間距若不接近2 mm，則無論怎樣處理實驗數(shù)據(jù)，實驗誤差一定較大 D．處理打完點的紙帶時，可以直接利用打點計時器打出的實際點跡，而不必采用“計數(shù)點”的方法,答案 D,2．如圖7－9－4是用自由落體法驗證機械能守恒定律時得到的一條紙帶．有關(guān)尺寸在圖中已注明．我們選中n點來驗證機械能守恒定律．下面舉一些計算n點速度的方法，其中正確的是 ( )．,圖7－9－4,解析 vn應表示從(n－1)到(n＋1)間的實際速度．C、D對，A、B錯． 答案 CD,3．圖7－9－5為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平．回答下列問題：,圖7－9－5,(1)為完成此實驗，除了所給的器材，還需要的器材有________．(填入正確選項前的字母) A．米尺 B．秒表 C．0～12 V的直流電源 D．0～12 V的交流電源 (2)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有________．(寫出兩個原因) 解析 打點計時器需接交流電源；需要用米尺測量紙帶上打出的點之間的距離． 答案 (1)AD (2)①紙帶與打點計時器之間有摩擦 ②用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差 ③計算勢能變化時，選取始末兩點距離過近 ④交流電頻率不穩(wěn)定,4．利用圖7－9－6所示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h，某班同學利用實驗得到的紙帶，設計了以下四種測量方案．,圖7－9－6,①以上方案中只有一種最合理，最合理的是________。(填入上述相應的字母) ②要使該實驗誤差盡量小，下述注意點正確的是________(填入下述相應的字母) a．使重錘的質(zhì)量越大越好，但懸掛時不能拉斷紙帶 b．選用電火花計時器比電磁打點計時器更好，可減小阻力影響 c．測長度時保持紙帶懸掛狀態(tài)，刻度尺的讀數(shù)更準確 d．紙帶上留下的點越大越好 e．紙帶長一點更好,解析 ①A、B、C中用勻變速直線運動公式求v及h，這樣得到的v、h不是實驗直接測量數(shù)據(jù)，不能達到驗證機械能守恒定律的目的．②紙帶太長，會增大阻力． 答案 ①D ②ab,5．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，所用電源的頻率為50 Hz，某同學選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各點位置對應刻度尺上的讀數(shù)如圖7－9－7所示，(圖中O是打點計時器打的第一個點，A、B、C、D是間隔一段所取的點，圖中單位為厘米)，根據(jù)實驗并結(jié)合紙帶回答以下問題：(g取9.8 m/s2) 圖7－9－7,(1)現(xiàn)有器材是：電磁打點計時器；低壓交流電源；紙帶；帶夾子的重物；刻度尺；天平；導線；鐵架臺．其中該實驗不需要的器材是________； (2)實驗時，釋放紙帶與接通電源的合理順序是_________； (3)實驗中，要從幾條打上點的紙帶中挑選第一、二兩點間的距離接近________mm并且點跡清晰的紙帶進行測量． (4)若重物的質(zhì)量為m kg，則重物下落到B點時，減少的重力勢能為________； (5)若重物的質(zhì)量為m kg，則重物下落到B點時，重物的動能為________； (6)由紙帶計算重物下落的加速度為________；[注：(4)、(5)、(6)三題小數(shù)點后面保留兩位小數(shù)],解析 (1)實驗中，不需測量重物的質(zhì)量，所以不需要的器材是天平． (2)實驗中應先接通電源，后釋放紙帶． (3)若釋放紙帶時恰好打點，紙帶上一、二兩點間的距離,答案 (1)天平 (2)先接通電源，后釋放紙帶 (3)2 (4)6.88m J (5)6.85m J (6)9.63 m/s2,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,