必修二第七章79實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律徐勇

1、第七章第七章 機(jī)械能及其守恒定律機(jī)械能及其守恒定律1 1、物體機(jī)械能守恒的條件是怎樣的？、物體機(jī)械能守恒的條件是怎樣的？2 2、機(jī)械能守恒三種表達(dá)式、機(jī)械能守恒三種表達(dá)式觀點(diǎn)觀點(diǎn)表達(dá)式表達(dá)式守恒觀點(diǎn)守恒觀點(diǎn)e e1 1e e2 2，e ek1k1e ep1p1e ek2k2e ep2p2轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)轉(zhuǎn)化觀點(diǎn) e ek k 轉(zhuǎn)移觀點(diǎn)轉(zhuǎn)移觀點(diǎn)e ea a1、本實(shí)驗(yàn)采用什么方法驗(yàn)證機(jī)械能、本實(shí)驗(yàn)采用什么方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒的？是否守恒的？用自由落體運(yùn)動用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒驗(yàn)證機(jī)械能守恒2、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)原理21? 2mv =mgh3、實(shí)驗(yàn)要測量哪些物理量？、實(shí)驗(yàn)要測量哪些物理量？h、v4、要哪

2、些儀器？、要哪些儀器？重物重物( (帶紙帶夾子帶紙帶夾子) ) 刻度尺刻度尺電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 復(fù)寫紙復(fù)寫紙交流電源交流電源4 46v 6v 紙帶紙帶導(dǎo)線導(dǎo)線 鐵架臺鐵架臺( (帶夾子帶夾子) ) 在自由落體運(yùn)動中，若物體下在自由落體運(yùn)動中，若物體下落高度落高度h 時(shí)的速度為時(shí)的速度為v , ,則則hvmgh =mv 21 12 2實(shí)驗(yàn)器材：實(shí)驗(yàn)器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺（帶鐵夾）、學(xué)生電源等。度尺、鐵架臺（帶鐵夾）、學(xué)生電源等。夾子夾子打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶紙帶重物重物？鐵架臺鐵架臺4 4、選擇、選擇合適的合適的紙帶，處

3、理數(shù)據(jù)。紙帶，處理數(shù)據(jù)。3 3、更換紙帶，重復(fù)幾次。、更換紙帶，重復(fù)幾次。1 1、將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺上，把紙帶的、將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺上，把紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點(diǎn)一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔。計(jì)時(shí)器的限位孔。2 2、用手提著紙帶使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附、用手提著紙帶使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。然后先接通電源，再松開紙帶，讓重物近。然后先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落。自由下落。1、如何選擇重物？、如何選擇重物？2、安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，有什么要求？、安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，有什么要求？3、接通電源和釋放紙帶的先后順序是怎樣？、接通電源和釋放紙

4、帶的先后順序是怎樣？4、釋放紙帶前應(yīng)注意哪些問題？、釋放紙帶前應(yīng)注意哪些問題？質(zhì)量大，體積?。芏却螅┵|(zhì)量大，體積小（密度大）兩限位孔豎直兩限位孔豎直先接通電源后釋放紙帶先接通電源后釋放紙帶重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶平整豎直不擺動紙帶平整豎直不擺動本實(shí)驗(yàn)要不要測量物體的質(zhì)量？本實(shí)驗(yàn)要不要測量物體的質(zhì)量？mgh =mv 21 12 2gh =v 21 12 2無需測量物體的質(zhì)量無需測量物體的質(zhì)量如果實(shí)驗(yàn)要求計(jì)算勢能和動能的具體如果實(shí)驗(yàn)要求計(jì)算勢能和動能的具體數(shù)據(jù)，那就必須要知道物體的質(zhì)量。數(shù)據(jù)，那就必須要知道物體的質(zhì)量。紙帶上的第一個點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)紙帶上的第一個點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)0 0

5、（起始點(diǎn)的速度應(yīng)起始點(diǎn)的速度應(yīng)該為零，即打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下第一個點(diǎn)時(shí)紙?jiān)摓榱?，即打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下第一個點(diǎn)時(shí)紙帶剛開始下落帶剛開始下落）。）。gh =v 21 12 212x = = gt2 = = 9.80.022m 210-3m = = 2 mm12h起始點(diǎn)起始點(diǎn)對于實(shí)際獲得的紙帶，如何判定紙帶上的第一個點(diǎn)對于實(shí)際獲得的紙帶，如何判定紙帶上的第一個點(diǎn)就是紙帶剛開始下落時(shí)打下的呢？就是紙帶剛開始下落時(shí)打下的呢？紙帶上的頭兩個點(diǎn)間的距離應(yīng)接近紙帶上的頭兩個點(diǎn)間的距離應(yīng)接近2mm。可以回避起始點(diǎn)嗎（可以回避起始點(diǎn)嗎（即處理紙帶時(shí)可以不用到起即處理紙帶時(shí)可以不用到起始點(diǎn)嗎始點(diǎn)嗎）? ?我們

6、可以選取我們可以選取a、b兩點(diǎn)，比較它們的機(jī)械兩點(diǎn)，比較它們的機(jī)械能能ea和和eb。若以點(diǎn)。若以點(diǎn)b為為0 勢能點(diǎn)，則有：勢能點(diǎn)，則有：ekamghekbhab如何測量物體的瞬時(shí)速度如何測量物體的瞬時(shí)速度? ?x = = va(2t) + + a(2t)212vac = = = va + + atx2tvb = = va + + atvb = = vacv0tvat 2tvbvc做勻變速運(yùn)動的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等做勻變速運(yùn)動的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度。于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度。速度能不能用速度能不能用 v = = 2gh 或或 v = = gt 計(jì)算？計(jì)算？這種方法認(rèn)為

7、加速度為這種方法認(rèn)為加速度為g ，由于各種摩擦阻力，由于各種摩擦阻力不可避免，所以實(shí)際加速度必將小于不可避免，所以實(shí)際加速度必將小于g，這樣，這樣將得到機(jī)械能增加的結(jié)論，有阻力作用機(jī)械能將得到機(jī)械能增加的結(jié)論，有阻力作用機(jī)械能應(yīng)該是減少的，故這種方法也不能用。應(yīng)該是減少的，故這種方法也不能用。這種方法是根據(jù)機(jī)械能守恒定律得這種方法是根據(jù)機(jī)械能守恒定律得到的，而我們的目的就是驗(yàn)證機(jī)械到的，而我們的目的就是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，所以不能用。能守恒定律，所以不能用。4 4、實(shí)驗(yàn)用的紙帶一般小于實(shí)驗(yàn)用的紙帶一般小于1m ，從起始點(diǎn)開始，從起始點(diǎn)開始大約能打出大約能打出20 個點(diǎn)左右。末位置的點(diǎn)可選擇倒個

8、點(diǎn)左右。末位置的點(diǎn)可選擇倒數(shù)第一個點(diǎn)或倒數(shù)第二個點(diǎn)，從這一個點(diǎn)向前數(shù)第一個點(diǎn)或倒數(shù)第二個點(diǎn)，從這一個點(diǎn)向前數(shù)數(shù)46 個點(diǎn)當(dāng)初位置的點(diǎn)，可以減小這兩個點(diǎn)個點(diǎn)當(dāng)初位置的點(diǎn)，可以減小這兩個點(diǎn)的瞬時(shí)速度以及兩點(diǎn)之間距離（高度的瞬時(shí)速度以及兩點(diǎn)之間距離（高度h）測量的）測量的誤差。誤差。1 1、安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩紙帶限位孔在安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。同一豎直線上，以減小摩擦阻力。2 2、應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小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

9、阻力減小。體積，可使空氣阻力減小。3 3、選用紙帶時(shí)應(yīng)盡量挑選第一、二點(diǎn)間距接近選用紙帶時(shí)應(yīng)盡量挑選第一、二點(diǎn)間距接近2mm的點(diǎn)跡清晰且各點(diǎn)呈一條直線的紙帶。的點(diǎn)跡清晰且各點(diǎn)呈一條直線的紙帶。1 1、偶然誤差：偶然誤差：測量長度時(shí)會帶來誤差測量長度時(shí)會帶來誤差2 2、系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差：實(shí)驗(yàn)中重物和紙帶下落過程中要克服阻力（主實(shí)驗(yàn)中重物和紙帶下落過程中要克服阻力（主要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力）做功，故動能的增加要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力）做功，故動能的增加量量ek 必定稍小于勢能的減少量必定稍小于勢能的減少量ep 。測量點(diǎn)測量點(diǎn)n123456高度高度hn /m速度速度vn /m/s勢能勢能ep /j動能動

10、能ek /j可不可以可不可以用圖象處用圖象處理數(shù)據(jù)理數(shù)據(jù)?0hv 21 12 2gh =v 21 12 2該圖象該圖象的斜率的斜率表示什表示什么？么？為什么為什么圖象通圖象通過原點(diǎn)？過原點(diǎn)？例例1 1 在用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，在用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖所示，其中某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖所示，其中o o點(diǎn)是起始點(diǎn)，點(diǎn)是起始點(diǎn)，a a、b b、c c是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的三是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的三個點(diǎn)，該同學(xué)用毫米刻度尺測量個點(diǎn)，該同學(xué)用毫米刻度尺測量o o點(diǎn)到點(diǎn)到a a、b b、c c各各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中點(diǎn)的距離，并記錄在圖

11、中( (單位單位cm)cm)已知打點(diǎn)計(jì)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為時(shí)器電源頻率為50hz50hz，重物質(zhì)量為，重物質(zhì)量為1kg1kg，當(dāng)?shù)刂亓?，?dāng)?shù)刂亓铀俣燃铀俣萭 g9.80 m/s9.80 m/s2 2. .(1)(1)這三組數(shù)據(jù)中不符這三組數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是是_15.715.7(2)(2)該同學(xué)用重物在該同學(xué)用重物在obob段的運(yùn)動來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定段的運(yùn)動來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，該段重物重力勢能的減小量為律，該段重物重力勢能的減小量為_j_j，打，打b b點(diǎn)點(diǎn)時(shí)重物的動能為時(shí)重物的動能為_ j j。 ( (均保留三位有效數(shù)字均保留三位有效數(shù)字) )(3)(

12、3)假設(shè)重物下落過程受到的阻力恒定，在此實(shí)驗(yàn)中假設(shè)重物下落過程受到的阻力恒定，在此實(shí)驗(yàn)中還可以做到（還可以做到（ ）a a測出當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊木_值測出當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊木_值 b b計(jì)算重物下落的加速度計(jì)算重物下落的加速度c c計(jì)算重物下落過程中受到的阻力計(jì)算重物下落過程中受到的阻力 d d計(jì)算重物在計(jì)算重物在obob段運(yùn)動中克服阻力做的功段運(yùn)動中克服阻力做的功1.221.221.201.20bcdbcd例例2 2（全國卷（全國卷1 1）如圖所示，兩個質(zhì)量各為）如圖所示，兩個質(zhì)量各為m m1 1和和m m2 2的小的小物塊物塊a a和和b b，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩，分別系在一條跨過定

13、滑輪的軟繩兩端，已知端，已知m m1 1m m2 2，現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守，現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。恒定律。（1 1）若選定物塊）若選定物塊a a從靜止開始下落的過程中進(jìn)從靜止開始下落的過程中進(jìn)行測量，則需要測量的物理量有行測量，則需要測量的物理量有_。物塊的質(zhì)量物塊的質(zhì)量m m1 1、m m2 2；物塊物塊a a下落的距離及下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間；下落這段距離所用的時(shí)間；物塊物塊b b上升的距離及上升的距離及上升這段距離所用的時(shí)間；上升這段距離所用的時(shí)間；繩子的長度。繩子的長度。或或 （2 2）為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對此實(shí)驗(yàn)）為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度

14、，某小組同學(xué)對此實(shí)驗(yàn)提出以下建議：提出以下建議：繩的質(zhì)量要輕；繩的質(zhì)量要輕；在在“輕質(zhì)繩輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長越好；的前提下，繩子越長越好；盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動，不要搖晃；盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動，不要搖晃；兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能小。兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能小。以上建議中確實(shí)對提高準(zhǔn)確程度有作用的是以上建議中確實(shí)對提高準(zhǔn)確程度有作用的是_。（3 3）寫出一條上面沒有提到的對提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度）寫出一條上面沒有提到的對提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議：有益的建議：_。 對同一高度進(jìn)行多次測量取平均值對同一高度進(jìn)行多次測量取平均值 選取受力后相對伸長盡量小的繩子選取受力后相對

15、伸長盡量小的繩子 減少滑輪軸的摩擦減少滑輪軸的摩擦 練習(xí)練習(xí)1：在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中：在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中自由落下的重錘質(zhì)量要大一些，這是為了減自由落下的重錘質(zhì)量要大一些，這是為了減少少 對實(shí)對實(shí)驗(yàn)的影響驗(yàn)的影響.實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)中 測定重錘的質(zhì)量測定重錘的質(zhì)量( 填填“要要”或或“不要不要” ).實(shí)驗(yàn)小組實(shí)驗(yàn)小組c在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn),重錘減小的重力勢能總是重錘減小的重力勢能總是 重錘動能重錘動能的增加的增加,其原因主要是因?yàn)樵谥劐N下落的過程中其原因主要是因?yàn)樵谥劐N下落的過程中存在存在 ?？諝庾枇痛螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器對紙帶的阻力空氣阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)

16、器對紙帶的阻力不要不要大于大于阻力作用阻力作用練習(xí)練習(xí)2 2：在用：在用“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的的實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量m=1.00m=1.00kgkg的重物拖著紙帶豎直下落，打點(diǎn)的重物拖著紙帶豎直下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，如圖，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，如圖，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為間間隔為0.040.04s s，p p為紙帶運(yùn)動的起點(diǎn)，從打?yàn)榧垘н\(yùn)動的起點(diǎn)，從打p p到打下到打下b b過過程中物體重力勢能的程中物體重力勢能的e ep p= =j j，在此過程中物體，在此過程中物體動能的增加量動能的增加量e ek k= =

17、 j j（已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋ㄒ阎?dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.8 m/sg=9.8 m/s2 2，答案保留三位有效數(shù)字）。用，答案保留三位有效數(shù)字）。用v v表示各計(jì)數(shù)表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，點(diǎn)的速度，h h表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)到表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)到p p點(diǎn)的距離，以點(diǎn)的距離，以v v2 2/2/2為縱軸，為縱軸，以以h h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的v v2 2/2- h/2- h圖線，若斜率圖線，若斜率等于某個物理量的數(shù)值時(shí)，說明重物下落過程中機(jī)械能等于某個物理量的數(shù)值時(shí)，說明重物下落過程中機(jī)械能守恒，該物理量是守恒，該物理量是 。pabc15.523.25單位單位cm32.502.2

18、82.282.262.26當(dāng)?shù)刂亓铀俣犬?dāng)?shù)刂亓铀俣?a ab bc cd d 0.98 0.98 cm cm 1.42 1.42 cm cm 1.78 1.78 cm cm. .練習(xí)練習(xí)3 3：在做：在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)小的實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)小組組a a不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分損壞了不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分損壞了, ,剩下的剩下的一部分紙帶上各點(diǎn)間的距離如圖所示的數(shù)值，已知打點(diǎn)計(jì)一部分紙帶上各點(diǎn)間的距離如圖所示的數(shù)值，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的周期為時(shí)器的周期為t=0.02s,t=0.02s,重力加速度重力加速度g=9.8 m/sg=9.8 m/s2 2; ;重錘的質(zhì)重錘的質(zhì)量為量為m,m,已知已知s s1 1=0.98cm, s=0.98cm, s2 2=1.42cm, s=1.42cm, s3 3=1