金榜奪冠物理一輪(0004)名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎(jiǎng)市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第四單元試驗(yàn)與探究第7課時(shí)試驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律必修2第六章機(jī)械能和能源第1頁第2頁基礎(chǔ)回顧試驗(yàn)原理驗(yàn)證在只有________作用自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體重力勢能和動(dòng)能能夠相互________，但總機(jī)械能________．答案：重力轉(zhuǎn)化守恒第3頁關(guān)鍵點(diǎn)深化1．試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律2．試驗(yàn)原理只有重力做功情況下，物體重力勢能和動(dòng)能能夠相互轉(zhuǎn)化，但總機(jī)械能守恒，利用儀器統(tǒng)計(jì)下物體自由下落高度h及計(jì)算出瞬時(shí)速度v，從而驗(yàn)證物體在自由下落過程中，重力勢能降低許ΔEp＝mgh與物體動(dòng)能增加量相等。物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受重力作用，機(jī)械能守恒．即物體重力勢能降低等于動(dòng)能增加，設(shè)物體質(zhì)量為m，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上統(tǒng)計(jì)下物體自由下落高度h，計(jì)算出瞬時(shí)速度v，則重力勢能降低許ΔEp＝mgh，第4頁動(dòng)能增加量ΔEk＝mv2，比較ΔEp和ΔEk在誤差允許范圍內(nèi)是否相等，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．3．試驗(yàn)器材鐵架臺(tái)(帶鐵夾)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，重錘(帶紙帶夾子)，紙帶數(shù)條，復(fù)寫紙片，導(dǎo)線，毫米刻度尺，學(xué)生電源(交流4～6V)．4．試驗(yàn)步驟與數(shù)據(jù)處理(1)以下列圖所表示，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝好，連接好電路；第5頁(2)將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶下端用夾子與重物(鉤碼或另選取重錘)相連，手提紙帶上端使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器地方，保持紙帶豎直；(3)接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列點(diǎn)；(4)更換紙帶，重復(fù)試驗(yàn)幾次，從打出紙帶中挑出第一、二點(diǎn)間距離靠近2mm，且點(diǎn)跡清楚一條紙帶，以下列圖所表示；(5)在所選紙帶第一個(gè)點(diǎn)跡旁標(biāo)上0，然后在紙帶上選取五個(gè)連續(xù)點(diǎn)標(biāo)上1、2、3、4、5，用刻度尺量出各點(diǎn)到0點(diǎn)距離h1、h2、h3、h4、h5；第6頁(6)用公式計(jì)算2、3、4各點(diǎn)對應(yīng)瞬時(shí)速度；(7)計(jì)算2、3、4各點(diǎn)對應(yīng)重力勢能降低許mghn和動(dòng)能增加量，進(jìn)行比較，得出結(jié)論．5．誤差分析及降低誤差做法(1)因?yàn)闇y長度帶來誤差屬于偶然誤差，降低誤差方法一是測距離都應(yīng)從0點(diǎn)量起，二是多測幾次取平均值．(2)實(shí)際上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)器阻力)做功，故動(dòng)能增加量ΔEk必定稍小于重力勢能降低許ΔEp，這是屬于系統(tǒng)誤差．為了減小空氣阻力和紙帶所受阻力影響，選擇重物應(yīng)密度較大，安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)保持兩限位孔在同一條豎直線上或選取電火花計(jì)時(shí)器．第7頁第8頁題型一紙帶數(shù)據(jù)處理探究機(jī)械能是否守恒紙帶數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵是求出重物下落高度h和抵達(dá)某點(diǎn)瞬時(shí)速度vn，h為某點(diǎn)到起始點(diǎn)O距離，n點(diǎn)速度等于(n－1)點(diǎn)和(n＋1)點(diǎn)之間平均速度．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.80m/s2，測得所用重物質(zhì)量為1.00kg.試驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清楚紙帶(以下列圖所表示)，把第一個(gè)點(diǎn)記為O，另選連續(xù)4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測量點(diǎn)，經(jīng)測量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)距離分別為62.99cm,70.18cm,77.76cm，85.73cm.依據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，重力勢能降低許等于________J，動(dòng)能增加量等于_______J(取3位有效數(shù)字)，由此說明第9頁解析：由題意知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至C點(diǎn)，下落高度為hC＝OC，hC＝77.76cm＝0.7776m所以，重力勢能降低許ΔEp為：ΔEp＝mghC＝1.00kg×9.80m/s2×0.7776m≈7.62J.重物經(jīng)過C點(diǎn)即時(shí)速度vC可由下式求出：答案：7.62J7.57J在誤差允許范圍內(nèi)機(jī)械能守恒≈7.57J.第10頁題型訓(xùn)練1．在用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，某同學(xué)按照正確操作得到以下列圖所表示紙帶．其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下3個(gè)點(diǎn)，該同學(xué)用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點(diǎn)距離，并統(tǒng)計(jì)在圖中(單位：cm)．已知接打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz，重有質(zhì)量為1kg，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2.(1)這三個(gè)數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求是________段，應(yīng)記作__________cm.第11頁(2)該同學(xué)用重錘在OB段運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，先計(jì)算出該段重錘重力勢能降低許為________；接著從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下第一個(gè)點(diǎn)O數(shù)起，數(shù)到圖中B點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下第9個(gè)點(diǎn)．所以他用vB＝gt計(jì)算出跟B點(diǎn)對應(yīng)物體即時(shí)速度，得到動(dòng)能增加量為_________(均保留三位有效數(shù)字)．這么他發(fā)覺重力勢能降低許__________(填“大于”或“小于”)動(dòng)能增加量，造成這一誤差原因是______________________________________答案：(1)OC15.70(2)1.22J1.23J小于v是按照自由落體計(jì)算，實(shí)際上重錘下落加速度因阻力作用而小于g，以vB＝gt計(jì)算重錘到B點(diǎn)速度顯著偏大，故計(jì)算動(dòng)能偏大，造成以上誤差第12頁題型二創(chuàng)新性驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律利用光電門測時(shí)儀來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律是當(dāng)前常見試驗(yàn)創(chuàng)新題，這類題關(guān)鍵在掌握計(jì)算滑塊經(jīng)過每個(gè)光電門速度，即用滑塊長度除以滑塊經(jīng)過光電門時(shí)間．這里基于時(shí)間要極小，滑塊在某段時(shí)間內(nèi)平均速度即可作為在該時(shí)間段任意一點(diǎn)瞬時(shí)速度．如右圖是一個(gè)光電計(jì)時(shí)器，它是一個(gè)研究物體運(yùn)動(dòng)情況慣用計(jì)時(shí)儀器，其結(jié)構(gòu)如圖所表示，a、b分別是光電門激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間經(jīng)過時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就能夠顯示物體擋光時(shí)間．第13頁利用如右圖裝置驗(yàn)證小球自由下落過程中機(jī)械能是否守恒：在豎直放置立柱上端有一個(gè)電磁鐵，通電時(shí)，小球被吸在電磁鐵上，斷電時(shí)，小球自由下落，計(jì)時(shí)裝置開始計(jì)時(shí)．立柱上有兩個(gè)可調(diào)距離光電門．當(dāng)小球經(jīng)過每個(gè)光電門時(shí)，光電計(jì)時(shí)裝置能測出小球經(jīng)過每個(gè)光電門時(shí)間，計(jì)算出經(jīng)過光電門速度，再測出兩個(gè)光電門距離，便能進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證．第14頁(1)為準(zhǔn)確試驗(yàn)和測量，除了上面提到試驗(yàn)裝置之外，最少還需要兩種試驗(yàn)器材，需要哪兩種？__________________、________________.(2)若測出小鋼球直徑為L，兩次經(jīng)過光電門時(shí)間分別為Δt1和Δt2，則小鋼球先后經(jīng)過兩個(gè)光電門時(shí)瞬時(shí)速度v1、v2分別是v1＝________，v2＝________.(3)若測出兩個(gè)光電門距離為S，在本試驗(yàn)中，試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足一個(gè)怎樣關(guān)系式才算是驗(yàn)證了機(jī)械能守恒？答：__________________________________解析：(1)經(jīng)過游標(biāo)卡尺測量小鋼球直徑，經(jīng)過毫米刻度尺測量兩個(gè)光電門距離；(2)光電門統(tǒng)計(jì)瞬時(shí)速度取經(jīng)過光電門時(shí)平均速度，第15頁即(3)假如機(jī)械能守恒，則有：因質(zhì)量相同，故用即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒．答案：(1)游標(biāo)卡尺毫米刻度尺第16頁題型訓(xùn)練2.某班同學(xué)利用光電計(jì)時(shí)器驗(yàn)證物體沿斜面下滑過程中機(jī)械能守恒定律．如右圖所表示，斜面傾角為30°.讓小鐵塊P從斜面頂端滑下，光電門1、2各自連接計(jì)時(shí)器顯示擋光時(shí)間分別為5.0×10－2

s和2.0×10－2

s．已知小鐵塊質(zhì)量為2.00kg，小鐵塊沿斜面方向長度為5.00cm，光電門1和2之間距離為0.60m，g取9.80m/s2，取小鐵塊經(jīng)過每個(gè)光電門時(shí)速度為其平均速度．(1)小鐵塊經(jīng)過光電門1時(shí)速度v1＝______m/s，經(jīng)過光電門2時(shí)速度v2＝_____m/s.(2)小鐵塊經(jīng)過光電門1、2之間動(dòng)能增加量為________J，重力勢能降低許為________J.第17頁(3)由(2)數(shù)據(jù)發(fā)覺動(dòng)能增加量________(選填大于或小于)重力勢能減小量，這是因?yàn)開____________________________解析：(1)光電門統(tǒng)計(jì)瞬時(shí)速度取經(jīng)過光電門時(shí)平均速度，即(2)動(dòng)能增加量

＝5.