必修2 79 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

班級：組別：姓名：組內(nèi)評價(jià)：教師評價(jià)：§7.9實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度．2．掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理．3．通過用紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，體驗(yàn)驗(yàn)證的過程和物理學(xué)的研究方法。4．通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，體會(huì)學(xué)習(xí)的快樂，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣；通過親身實(shí)踐，樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀。培養(yǎng)觀察和實(shí)踐能力，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。【重點(diǎn)】掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理?！倦y點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的誤差分析及如何減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法?！局R(shí)回顧】機(jī)械能守恒定律的條件及其表達(dá)式【自主導(dǎo)學(xué)】1、必須選擇一個(gè)符合機(jī)械能守恒的運(yùn)動(dòng)模型來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，本實(shí)驗(yàn)選擇自由落體運(yùn)動(dòng)模型來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，是因?yàn)槲矬w在自由落體運(yùn)動(dòng)過程中只有 做功，滿足2、 按照書本要求，本實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證自由落體軌跡上開始點(diǎn)和其后任意點(diǎn)之間的機(jī)械能守恒，為此必須選擇物體初速度為 ,判斷開始點(diǎn)是否滿足要求的依據(jù)是 ,為了計(jì)算物體減少的重力勢能，必須測量出物體 ，對應(yīng)的測量器材是 為了計(jì)算出某時(shí)刻物體的動(dòng)能，必須測量出物體在該時(shí)刻的瞬時(shí)速度，其計(jì)算公式為 ，這是利用了什么原理？ 。為了計(jì)算物體的動(dòng)能和重力勢能，按理還需要知道物體的質(zhì)量，但本實(shí)驗(yàn)中可以不測物體的質(zhì)量，其原因是 。3、實(shí)驗(yàn)操作過程中，是先接通電源開始打點(diǎn)還是先放開紙帶？為什么？ 。4、 為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)盡量減小重物下落時(shí)紙帶所受的阻力。因此重錘應(yīng)選 （填重、輕），紙帶應(yīng) 放置。盡管采取了上述措施，但由于阻力還是存在的，所以實(shí)驗(yàn)中重力勢能的減小量應(yīng) 動(dòng)能的增加量，這樣才是符合實(shí)際的。5、 在架設(shè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)注意什么？為什么？6、 測量下落高度時(shí)，某同學(xué)認(rèn)為都必須從起始點(diǎn)算起，不能弄錯(cuò)。他的看法正確嗎？為了減小測量h值的相對誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些好，還是近些好？7、 推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律在本實(shí)驗(yàn)中的具體表達(dá)式?！纠}解析】例題：在《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，測得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.8m/s2,測得所用重物的質(zhì)量為l.OOkg，實(shí)驗(yàn)中得到一點(diǎn)跡清晰的紙帶（如圖），把第一點(diǎn)記作0,另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測量的點(diǎn)，經(jīng)測量知道A、B、C、D到0點(diǎn)的距離分別為62.99cm,70.18cm,77.76cm,85.73cm,根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，可知重物由0運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，重力勢能的減小量等于 J,動(dòng)能的增加量等于 J。（取三位有效數(shù)字）A、只要有足夠重就可以 B、只要體積足夠小就可以C、既要足夠重，又要體積非常小 D、應(yīng)該密度大些，還應(yīng)便于夾緊紙帶，使紙帶隨同運(yùn)動(dòng)時(shí)不致扭曲2、 在本實(shí)驗(yàn)中，有如下器材：A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；B.低壓交流電源（附導(dǎo)線）；C.天平（附砝碼）；鐵架臺(tái)（附夾子）；E.重錘（附夾子）；F.紙帶；G.秒表；H.復(fù)寫紙。其中不必要的有 ；還缺少的是 。3、 下列列出一些實(shí)驗(yàn)步驟：A、 用天平稱出重物和夾子的質(zhì)量B、 將重物系在夾子上C、 將紙帶穿過計(jì)時(shí)器限位孔，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，再把紙帶向上拉，讓夾子靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處。D、 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在學(xué)生電源的交流輸出端，把輸出電壓調(diào)至6V（電源不接通）E、 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用鐵夾子固定到放在桌邊的鐵架臺(tái)上，使兩個(gè)限位孔在同一直線上。F、 在紙帶上選取幾個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行測量和記錄數(shù)據(jù)。G、 用秒表測出重物下落的時(shí)間H、 接通電源，待計(jì)時(shí)器響聲穩(wěn)定后釋放紙帶I、 切斷電源J、 更換紙帶重新進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)K、 在三條紙帶中選出較好的一條L、 進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告M、 拆下導(dǎo)線，整理器材對于本實(shí)驗(yàn)以上步驟中，不必要的有 ；正確步驟的合理順序是： （填寫代表字母）【知能提升】1?在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶如圖3所示，其中A點(diǎn)為打下的第一個(gè)點(diǎn)，0、1、2??為連續(xù)的計(jì)數(shù)點(diǎn)?，F(xiàn)測得兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的打點(diǎn)時(shí)間間隔均為T。根據(jù)紙帶測量出的距離及打點(diǎn)的時(shí)間間隔，可以求出此實(shí)驗(yàn)過程中重錘下落運(yùn)動(dòng)的加速度大小表達(dá)式為 。在打第5號(hào)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度大小的表達(dá)式為 。要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選擇打下第 號(hào)和第 號(hào)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的過程為研究對象。2、在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，若以v2/2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2/2—h圖線 ,才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；v2/2—h圖線的斜率等于 的數(shù)值。3、在本實(shí)驗(yàn)中，由于在運(yùn)動(dòng)的初始階段計(jì)時(shí)器打出的一些點(diǎn)子模糊不清，故必須選擇比較清楚的點(diǎn)作為測量起點(diǎn)。今所選的測量范圍的第1點(diǎn)在米尺上的位置為x第4點(diǎn)在米尺上的位置為x2,第7點(diǎn)在米尺上的位置為x3,第10點(diǎn)在米尺上的位置為x『。若下落的物體質(zhì)量為m，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔Ts打一點(diǎn)，則可利J用上述數(shù)據(jù)求出物體從第4點(diǎn)到第7點(diǎn)一段過程中，勢能的減少量是 ，動(dòng)能增加量是 。?????? ?? ? ? ?\0 A B c D【夯實(shí)基礎(chǔ)】班級：組別：姓名：組內(nèi)評價(jià)：教師評價(jià)：1、在本實(shí)驗(yàn)中，對自由下落的重物，下述選擇的條件哪種更為有利？（）班級：組別：姓名：組內(nèi)評價(jià)：教師評價(jià)：能轉(zhuǎn)化為厶匕能。能轉(zhuǎn)化為厶匕能。能。給盛水的容器內(nèi)的電阻絲通電,水溫升高,是 能轉(zhuǎn)化為 汽車緊急制動(dòng)后在地面上滑行直到靜止的過程,是 能轉(zhuǎn)化為§7.10能量守恒定律與能源【學(xué)習(xí)目標(biāo)】了解各種不同形式的能，知道能量是一個(gè)重要的物理量。知道能量守恒定律確立的兩類重要事實(shí)。能夠敘述能量守恒定律的內(nèi)容，會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析、解釋一些實(shí)際問題。認(rèn)識(shí)建立能量守恒定律的重大意義。了解能量耗散，了解自然界中宏觀過程中能量守恒以及能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性，認(rèn)識(shí)提高效率的重要性。知道能源短缺和環(huán)境惡化是關(guān)系到人類社會(huì)能否持續(xù)發(fā)展的大問題，增強(qiáng)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的意識(shí)?！局攸c(diǎn)】能量守恒定律的內(nèi)容?！倦y點(diǎn)】理解能量守恒定律的確切含義?！咀灾鲗?dǎo)學(xué)】1、能量守恒定律的內(nèi)容是：隨著可記得發(fā)展,永動(dòng)機(jī)是可以制成的太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空間的能量都消失了“既要馬兒跑,又讓馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,因而是不可能的有種“全自動(dòng)”手表,不用上發(fā)條,也不用任何形式的電源,卻一直走動(dòng),說明能量可以憑空產(chǎn)生【知能提升】1、指出下列物理現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化的情況：(1)燃料在氣缸內(nèi)燃燒,氣缸內(nèi)氣體推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng),是臺(tái)匕厶匕能。(4)跳傘運(yùn)動(dòng)員打開降落傘后,勻速下降階段是 能轉(zhuǎn)化為 能。2、若無大氣吸收,在垂直照射時(shí)地球上每平方米面積的太陽光入射功率為P0=1.8kw,已知太陽到地球的距離為r=1.5X1011m,試計(jì)算太陽一秒鐘總共放出多少能量?(保留一位有效數(shù)字)3、瀑布從3、瀑布從10m高處落下，如果下落中減少的機(jī)械能有50%轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，水的溫度升高多大?水的比熱容是4.2x103J/(kgX0C)7.9能量有多種形式，與機(jī)械運(yùn)動(dòng)對應(yīng)的能叫做機(jī)械能，與化學(xué)反應(yīng)對應(yīng)的能叫做化學(xué)能，與電荷運(yùn)動(dòng)對應(yīng)的能叫做電能，與熱運(yùn)動(dòng)對應(yīng)的能叫做內(nèi)能，??，此外還有生物能、磁能、核能等。當(dāng)只有重力做功時(shí)，物體的重力勢能與動(dòng)能發(fā)生轉(zhuǎn)化，減少(增加)的重力勢能轉(zhuǎn)化為增加(減少)的動(dòng)能，物體的機(jī)械能是守恒的，可見機(jī)械能守恒定律僅僅是能量守恒定律在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的特殊體現(xiàn)。涉及機(jī)械能與內(nèi)能發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)，物體的機(jī)械能不再守恒，減少(增加)的機(jī)械能將轉(zhuǎn)化為增加(減少)的內(nèi)能，這時(shí)盡管機(jī)械能不再守恒，但包括 在內(nèi)的總能量還是守恒的。TOC\o"1-5"\h\z第一類永動(dòng)機(jī)之所以不能實(shí)現(xiàn)，其原因是因?yàn)?。2、能量的耗散是指 ，能量耗散并不違背 ，但反映出自然界中宏觀過程具有 ，能源利用受它的制約，所以能源利用是有 ，也是有 ?！纠}解析】例1在某密閉隔熱的房間內(nèi)有一電冰箱，現(xiàn)接通電源使電冰箱開始工作，并打開電冰箱的門，則過段時(shí)間后室內(nèi)的溫度將( )A、降低 B、不變 C、升高 D、無法判斷例2 瀑布從20cm高處以Q=103m3/s的流量豎直落下，流進(jìn)底部的水輪機(jī)后再以2m/s的速度流出，水輪機(jī)再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。如果水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的效率是80%,那么發(fā)電機(jī)發(fā)出的電功率有多大？(瀑布在山頂?shù)乃俣瓤珊雎圆挥?jì),g取10m/s2)拓展某地強(qiáng)風(fēng)速為v=14m/s,設(shè)空氣密度為p=1.3kg/m3,通過橫截面積為S=400m2的風(fēng)全部使風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),其動(dòng)能有20%轉(zhuǎn)化為電能,則發(fā)電的功率為多少瓦？(取2位有效數(shù)字)(答案：1.4X105)［提示：t秒內(nèi)到風(fēng)葉處的空氣包含在以S為底面積,長為L=vt的柱體中］【夯實(shí)基礎(chǔ)】下列關(guān)于能源開發(fā)和利用的說法中正確的是()能源利用的過程是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程。要合理開發(fā)和節(jié)約使用核能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿瘸Ｒ?guī)資源能量利用的過程,是一種形式的能向其他形式的能轉(zhuǎn)化的過程。能量是守恒的,所以不會(huì)出現(xiàn)能源危機(jī)。下列說法正確的是()參考答案：5、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)，以盡量減少重物帶著紙帶下落時(shí)所受到的阻力作用。例題解析重物從0點(diǎn)到C點(diǎn)下落高度h=0.7776m,△Wp=mgh=1.009.80.7776J=7.62J計(jì)算相應(yīng)過程的動(dòng)能增加量應(yīng)先計(jì)算出C點(diǎn)的瞬時(shí)速度v，由圖可知：cVc=xBD/2t=(O.8537-O.7O18)/(2xO.O2)=3.898(m/s)故AE,=mv2/2=1.00x3.8982/2J=7.56Jkc拓展有些認(rèn)為動(dòng)能增加量可以根據(jù)機(jī)械能守恒得到△E=0.762J,這樣做犯了邏輯錯(cuò)誤，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)?zāi)康木褪莐要驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒,驗(yàn)證過程中當(dāng)然不能利用機(jī)械能守恒的結(jié)論。且實(shí)驗(yàn)中不可避免存在阻力,動(dòng)能增加量不等于重力勢能的減小量。7.10答案：例題解析例1解析電冰箱制冷過程中,使冰箱內(nèi)放出熱量Q,溫度降低,同時(shí)使其外部空氣吸收熱量Q,溫度升高,放吸此過程不可能自發(fā)發(fā)生,必須借助壓縮機(jī)的