粵教版 (2019)必修 第二冊第六節(jié) 驗證機械能守恒定律圖片課件ppt

這是一份粵教版 (2019)必修 第二冊第六節(jié) 驗證機械能守恒定律圖片課件ppt，共28頁。
實驗原理讓帶有紙帶的重物自由下落，利用打點計時器記錄重物下落過程中的運動情況。選取紙帶上的某點作為高度的起點，量出紙帶上其他點相對該點的距離作為高度。用天平稱出重物的質量，算出重物經(jīng)過這些點的重力勢能。再計算重物經(jīng)過這些點的瞬時速度，算出動能。最后，通過比較重物經(jīng)過這些點的機械能，得出實驗結論。
實驗步驟1．測質量：使用天平稱出重物質量。2．安裝裝置：按圖甲所示把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導線把打點計時器與電源連接好。
3．打紙帶：在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近。先接通電源后釋放紙帶，讓重物拉著紙帶自由下落。重復幾次，得到3～5條打好點的紙帶。4．選紙帶：取下紙帶并選其中一個點作為參考點，設打該點時重物的重力勢能為0，計算打該點時重物的動能，它就是重物下落過程中動能與重力勢能的總和。5．求機械能：分別計算紙帶上其他各點對應的重物的動能和重力勢能之和。
注意事項1．打點計時器安裝要穩(wěn)固，并使兩限位孔的中線在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。2．應選用質量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力的影響相對減小。3．實驗時，應先接通電源，讓打點計時器正常工作后再松開紙帶讓重物下落。4．本實驗中的幾種驗證方法均不需要測重物的質量m。
(2)某實驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50 Hz的交流電源上，按正確操作得到了一條完整的紙帶，由于紙帶較長，圖中有部分未畫出，如圖乙所示。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。重物下落高度應從紙帶上計時點間的距離直接測出，利用下列測量值能完成驗證機械能守恒定律的選項有________。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
解析：(1)重物選用質量和密度較大的金屬錘、兩限位孔在同一豎直面內對正都可以降低摩擦阻力對實驗結果造成的誤差，A、B正確；動能與重力勢能表達式中都含有質量m，可以約去，故不需要測量出質量m的具體數(shù)值，C錯誤；重物下落之前應該用手拉住紙帶上端而不是用手托住重物，D錯誤。
(1)本題考查對驗證機械能守恒定律實驗原理的理解，具有一定的靈活性，考查了學生多層次的實驗探究能力。(2)對于本實驗，要掌握處理實驗誤差的方法，理解驗證機械能守恒的過程，掌握瞬時速度的求解及重力勢能的表達式的應用?！　?
[對點訓練]1．“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置可以采用圖示的甲或乙方案來進行。
(1)比較這兩種方案，________(填“甲”或“乙”)方案好些。(2)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，直接測量的物理量是________。A．重力加速度B．重物下落的高度C．重物下落的瞬時速度D．重物下落的平均速度(3)在進行“驗證機械能守恒定律”的實驗時，應________。A．先釋放紙帶，再接通電源B．用手托住重物由靜止釋放C．根據(jù)v＝gt計算重物在t時刻的速度D．使重物下落的起始位置靠近打點計時器
解析：(1)甲的方案摩擦阻力小，誤差小，而且方便操作，所用實驗器材少，所以甲的方案好些。(2)驗證機械能守恒的實驗，重力勢能減少量等于動能的增加量，所以重力加速度是已知的，無需測量，A錯誤；實驗要計算重力勢能的減少量，所以需要測量物體下落的高度，B正確；本實驗的下落瞬時速度是根據(jù)紙帶處理得到，無法直接測量，而平均速度本實驗用不到，C、D錯誤。(3)根據(jù)實驗操作，接通電源打點穩(wěn)定后，再釋放紙帶，A錯誤；釋放時，紙帶應豎直，減少與限位孔的摩擦，所以釋放時，應按圖中所示，B錯誤；因為要驗證機械能守恒，所以速度需根據(jù)實際的紙帶計算，而不能用自由落體公式計算，因為自由落體運動只受重力，機械能一定守恒，C錯誤；釋放紙帶前，重錘應靠近打點計時器，這樣可以充分利用紙帶，D正確。答案：(1)甲　(2)B　(3)D
根據(jù)紙帶計算：(1)從重物開始下落到打B點時，減少的重力勢能；(2)從重物下落到打B點時增加的動能；(3)從(1)(2)的數(shù)據(jù)中可得出什么結論？產(chǎn)生誤差的主要原因是什么？
利用“落體法”驗證機械能守恒定律時，可以驗證動能與重力勢能之和保持不變，也可以驗證重力勢能的減少量等于動能的增加量。由于存在阻力，重力勢能的減少量必然略大于動能的增加量?！　?
(2)如圖乙是該實驗小組得到的一條點跡清晰的紙帶，紙帶上的O點是起始點，選取紙帶上連續(xù)的點A、B、C、D、E、F作為計數(shù)點，并測出各計數(shù)點到O點的距離依次為27.94 cm、32.78 cm、38.02 cm、43.65 cm、49.66 cm、56.07 cm。已知打點計時器所用的電源是50 Hz的交流電，重物的質量為0.5 kg，則從計時器打下點O到打下點D的過程中，重物減少的重力勢能ΔEp＝______ J；重物增加的動能ΔEk＝________ J，兩者不完全相等的原因可能是__________________________________。(重力加速度g取9.8 m/s2，計算結果保留三位有效數(shù)字)(3)實驗小組的同學又正確計算出圖乙中打下計數(shù)點A、B、C、D、E、F各點的瞬時速度v，以各計數(shù)點到A點的距離h′為橫軸，v2為縱軸作出圖像，如圖丙所示，根據(jù)作出的圖線，能粗略驗證自由下落的物體機械能守恒的依據(jù)是______________________________________。
(1)在彈性限度內將鉤碼緩慢下拉至某一位置，測得此時彈簧的長度為L。接通打點計時器電源。從靜止釋放鉤碼，彈簧收縮，得到了一條點跡清晰的紙帶。鉤碼加速上升階段的部分紙帶如圖乙所示，紙帶上相鄰兩點之間的時間間隔均為T(在誤差允許范圍內，認為釋放鉤碼的同時打出A點)。從打出A點到打出F點時間內，彈簧的彈性勢能減少量為__________________，鉤碼的動能增加量為________________，鉤碼的重力勢能增加量為________。
(2)利用計算機軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理，得到彈簧彈性勢能減少量、鉤碼的機械能增加量分別與鉤碼上升高度h的關系，如圖丙所示。由圖丙可知，隨著h增加，兩條曲線在縱向的間隔逐漸變大，主要原因是________。
[對點訓練]3.某同學利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05 s閃光一次，圖中所標數(shù)據(jù)為實際距離，小球質量m＝0.2 kg。(當?shù)刂亓铀俣热?.8 m/s2，結果保留三位有效數(shù)字)：(1)從t2 到t5 時間內，重力勢能增量ΔEp＝__________J，動能減少量ΔEk ＝________J。(2)在誤差允許的范圍內，若ΔEp 與ΔEk 近似相等，從而驗證了機械能守恒定律。由上述計算得ΔEp________ΔEk (選填“>”“