新人教版高中物理必修第二冊(cè) 8.5 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律優(yōu)質(zhì)課件

5實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律第八章機(jī)械能守恒定律1.明確驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的基本思路并能進(jìn)行相關(guān)量的測(cè)量.2.能正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，能定性地分析產(chǎn)生誤差的原因.學(xué)習(xí)目標(biāo)機(jī)械能守恒的前提是“只有

做功”，因此研究過程一定要滿足這一條件.本節(jié)實(shí)驗(yàn)我們以只有重力做功的過程進(jìn)行研究.實(shí)驗(yàn)思路一重力或彈力物理量的測(cè)量及數(shù)據(jù)分析二只有重力做功時(shí)，只發(fā)生重力勢(shì)能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)化.(2)所需測(cè)量的物理量：物體所處兩位置之間的

，及物體的

.mgh1－mgh2高度差運(yùn)動(dòng)速度參考案例三案例1研究自由下落物體的機(jī)械能1.實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、

、重物(帶夾子)、

、復(fù)寫紙(或墨粉盤)、導(dǎo)線、毫米刻度尺、交流電源.2.實(shí)驗(yàn)步驟(1)安裝裝置：按圖1甲所示把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源連接好.圖1打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶(2)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)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(fù)幾次，得到3～5條打好點(diǎn)的紙帶.(3)選紙帶并測(cè)量：選擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，確定要研究的開始和結(jié)束的位置，測(cè)量?jī)晌恢弥g的距離Δh及兩位置時(shí)的速度，代入表達(dá)式進(jìn)行驗(yàn)證.3.數(shù)據(jù)處理(2)機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn).方法二：任取兩點(diǎn)A、B.方法三：圖像法(如圖2所示).若在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)圖線是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.圖24.誤差分析本實(shí)驗(yàn)的誤差主要是由紙帶測(cè)量產(chǎn)生的偶然誤差以及重物和紙帶運(yùn)動(dòng)中的空氣阻力及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的

引起的系統(tǒng)誤差.5.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝時(shí)，要使兩限位孔的中線在同一

線上，以減小摩擦阻力.(2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較

的重物.

密度可以減小體積，可使空氣阻力的影響相對(duì)減小.(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再松開紙帶讓重物下落.(4)本實(shí)驗(yàn)中的幾種驗(yàn)證方法均

(填“需要”或“不需要”)測(cè)重物的質(zhì)量m.摩擦阻力豎直大增大不需要4.誤差分析本實(shí)驗(yàn)的誤差主要是由紙帶測(cè)量產(chǎn)生的偶然誤差以及重物和紙帶運(yùn)動(dòng)中的空氣阻力及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的

引起的系統(tǒng)誤差.5.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝時(shí)，要使兩限位孔的中線在同一

線上，以減小摩擦阻力.(2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較

的重物.

密度可以減小體積，可使空氣阻力的影響相對(duì)減小.(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再松開紙帶讓重物下落.(4)本實(shí)驗(yàn)中的幾種驗(yàn)證方法均

(填“需要”或“不需要”)測(cè)重物的質(zhì)量m.摩擦阻力豎直大增大不需要案例2研究沿斜面下滑物體的機(jī)械能1.實(shí)驗(yàn)器材氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計(jì)時(shí)器、帶有遮光條的滑塊.2.實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，把氣墊導(dǎo)軌調(diào)成傾斜狀態(tài)，滑塊沿傾斜的氣墊導(dǎo)軌下滑時(shí)，忽略空氣阻力，重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增大.圖33.實(shí)驗(yàn)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理(1)測(cè)量?jī)晒怆婇T之間的高度差Δh；(2)滑塊經(jīng)過兩光電門時(shí)遮光條遮光時(shí)間Δt1和Δt2，計(jì)算滑塊經(jīng)過兩光電門時(shí)的瞬時(shí)速度.4.誤差分析兩光電門之間的距離稍大一些，可以減小誤差；遮光條的寬度越

，誤差越小.小研究自由下落物體的機(jī)械能一例1

(2018·雙峰一中高一下學(xué)期期末)某同學(xué)用如圖4甲所示裝置“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”時(shí)，所用交流電源的頻率為50Hz，得到如圖乙所示的紙帶.選取紙帶上打出的連續(xù)五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出A點(diǎn)距起點(diǎn)O的距離為s0＝19.00cm，點(diǎn)A、C間的距離為s1＝8.36cm，點(diǎn)C、E間的距離為s2＝9.88cm，g取9.8m/s2，測(cè)得重物的質(zhì)量為m＝1kg.圖4研究自由下落物體的機(jī)械能一例1

(2018·雙峰一中高一下學(xué)期期末)某同學(xué)用如圖4甲所示裝置“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”時(shí)，所用交流電源的頻率為50Hz，得到如圖乙所示的紙帶.選取紙帶上打出的連續(xù)五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出A點(diǎn)距起點(diǎn)O的距離為s0＝19.00cm，點(diǎn)A、C間的距離為s1＝8.36cm，點(diǎn)C、E間的距離為s2＝9.88cm，g取9.8m/s2，測(cè)得重物的質(zhì)量為m＝1kg.圖4(1)下列做法正確的有________.A.必須要稱出重物和夾子的質(zhì)量B.圖中兩限位孔必須在同一豎直線上C.將連著重物的紙帶穿過限位孔，用手提住，且讓手盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器D.實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開紙帶，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源E.數(shù)據(jù)處理時(shí)，應(yīng)選擇紙帶上距離較近的兩點(diǎn)作為初、末位置√(2)選取O、C兩點(diǎn)為初、末位置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，重物減少的重力勢(shì)能是_____J，打下C點(diǎn)時(shí)重物的速度大小是_____m/s.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)2.682.28解析重物減少的重力勢(shì)能為：ΔEp＝mgh＝mg(s0＋s1)＝1kg×9.8m/s2×(19.00＋8.36)×10－2m≈2.68J(3)根據(jù)紙帶算出打下各點(diǎn)時(shí)重物的速度v，量出下落距離s，則以

為縱坐標(biāo)、s為橫坐標(biāo)畫出的圖像應(yīng)是下列選項(xiàng)中的________.√研究沿斜面下滑物體的機(jī)械能二例2現(xiàn)利用如圖5所示裝置“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”.圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30°，1和2是固定在斜面上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門，與它們連接的光電計(jì)時(shí)器都沒有畫出.讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的光電計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為5.00×10－2s、2.00×10－2s.已知滑塊質(zhì)量為2.00kg，滑塊沿斜面方向的長(zhǎng)度為5.00cm，光電門1和2之間的距離為0.54m，g取9.80m/s2，取滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的速度為其平均速度.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)圖5(1)滑塊通過光電門1時(shí)的速度v1＝________m/s，通過光電門2時(shí)的速度v2＝______m/s.1.002.50(2)滑塊通過光電門1、2之間的動(dòng)能增加量為______J，重力勢(shì)能的減少量為________J.5.255.29解析動(dòng)能增加量重力勢(shì)能的減少量：ΔEp＝mgssin30°≈5.29J.(3)實(shí)驗(yàn)可以得出的結(jié)論：_________________________________________.在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，滑塊的機(jī)械能守恒解析在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，滑塊的機(jī)械能守恒.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三例3利用氣墊導(dǎo)軌“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖6所示.圖6(1)實(shí)驗(yàn)步驟：①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平.②用游標(biāo)卡尺測(cè)出擋光條的寬度l＝9.30mm.③由導(dǎo)軌標(biāo)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，待砝碼靜止時(shí)，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(jì)時(shí)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(shí)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.60.00(答案在59.96～60.04之間的，也正確)解析距離s＝80.30cm－20.30cm＝60.00cm.(2)用表示直接測(cè)量量的字母寫出下列物理量的表達(dá)式.①滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)，瞬時(shí)速度分別為v1＝____和v2＝____.②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動(dòng)能分別為Ek1＝_____________和Ek2＝_____________.③在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過程中，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝______(重力加速度為g).mgs解析在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過程中，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝mgs.(3)如果ΔEp＝___________________________，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.例4

(2018·永春一中高一下學(xué)期期末)某同學(xué)利用圖7所示裝置“驗(yàn)證小球擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒”，實(shí)驗(yàn)中小球擺到最低點(diǎn)時(shí)恰好與桌面接觸但沒有彈力，D處(箭頭所指處)放一鋒利的刀片，細(xì)線到達(dá)豎直位置時(shí)能被割斷，小球做平拋運(yùn)動(dòng)落到地面，P是一刻度尺.該同學(xué)方案的優(yōu)點(diǎn)是只需利用刻度尺測(cè)量A位置到桌面的高度H、桌面到地面的高度h及小球平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移x即可.圖7(1)測(cè)量A位置到桌面的高度H應(yīng)從____________(填“球的上邊沿”“球心”或“球的下邊沿”)開始測(cè).球的下邊沿解析測(cè)量A位置到桌面的高度H，即球下降的高度，因?yàn)榈竭_(dá)桌面時(shí)是球的下邊沿與桌面接觸，所以測(cè)量的高度H應(yīng)從球的下邊沿開始測(cè).(2)實(shí)驗(yàn)中多次改變H值并測(cè)量與之對(duì)應(yīng)的x值，利用作圖像的方法去驗(yàn)證.為了直觀地表述H和x的關(guān)系(圖線為直線)，若用橫軸表示H，則縱軸應(yīng)表示____.(填“x”“x2”或“”)x2(3)若小球下擺過程中機(jī)械能守恒，則h、H和x的關(guān)系為H＝____.1.如圖8為“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.現(xiàn)有的器材為：帶夾子的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶夾子的重錘.回答下列問題：123(1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器材有_____.(填入正確選項(xiàng)前的字母)A.米尺B.秒表C.低壓直流電源D.低壓交流電源圖8√√解析在處理數(shù)據(jù)時(shí)需要測(cè)量長(zhǎng)度，故需要米尺；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作時(shí)需要使用低壓交流電源；所以選項(xiàng)A、D正確.123(2)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因有：_______________________________________________________________________________________________________________________________________(寫出兩個(gè)原因即可).解析產(chǎn)生誤差的原因有：①紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦.②用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差.③計(jì)算勢(shì)能變化時(shí)，選取的始、末位置過近.④存在空氣阻力.①紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦.②用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差.③計(jì)算勢(shì)能變化時(shí)，選取的始、末位置過近.④存在空氣阻力(任選其二)123(3)實(shí)驗(yàn)中由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時(shí)受到較大阻力，這樣將造成________.√2.(2018·貴陽市高一下學(xué)期期末)某同學(xué)用圖9(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，圖(b)是用6V、50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條紙帶，O點(diǎn)為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D到O點(diǎn)的距離在圖中已標(biāo)出，重力加速度g取9.8m/s2，重錘的質(zhì)量為1kg.(計(jì)算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)123圖9(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B點(diǎn)時(shí)，重錘下落的速度vB＝____m/s，重錘的動(dòng)能EkB＝___________________J.1231.20.72(0.68～0.76均可)123解析每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間有一個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)，則相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為t＝0.04s，(2)從起點(diǎn)O到打下B點(diǎn)過程中，重錘的重力勢(shì)能的減小量為_____J.1230.73解析重錘的重力勢(shì)能減小量：ΔEp＝mgh＝1×9.8×0.0740J≈0.73J(3)根據(jù)(1)、(2)計(jì)算，在誤差允許范圍內(nèi)，從起點(diǎn)O到打下B點(diǎn)過程中，你得到的結(jié)論是__________________________.123重錘下落過程中機(jī)械能守恒解析在誤差允許范圍內(nèi)，由于重錘重力勢(shì)能減小量等于重錘動(dòng)能的增加量，重錘下落的過程中機(jī)械能守恒；(4)圖10是根據(jù)某次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的

－h(huán)圖像，圖線不過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是_____________________________.開始打圖10點(diǎn)時(shí)重錘有一定的速度1233.(2018·簡(jiǎn)陽市高一下學(xué)期期末)利用如圖11所示的裝置探究系統(tǒng)機(jī)械能守恒，在滑塊B上安裝寬度為L(zhǎng)(較小)的遮光板(遮光板質(zhì)量忽略不計(jì))，把滑塊B放在水平放置的氣墊導(dǎo)軌上，通過跨過定滑輪的繩與鉤碼A相連，連接好光電門與數(shù)字毫秒計(jì)，兩光電門間距離用s表示.數(shù)字毫秒計(jì)能夠記錄遮光板先后通過兩個(gè)光電門的時(shí)間Δt1、Δt2，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.請(qǐng)分析回答下列問題：(做勻變速直線運(yùn)動(dòng)物體極短時(shí)間內(nèi)的平均速度近似為該時(shí)間段內(nèi)任意時(shí)刻的瞬時(shí)速度)123圖11(1)為完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)，除了上面提到的相關(guān)物理量之外，還需要測(cè)量的量有________________________________(均用字母符號(hào)表示，并寫清每個(gè)符號(hào)表示的物理意義)；鉤碼A的質(zhì)量mA、滑塊B的質(zhì)量mB123可知還需要測(cè)量的物理量有：鉤碼A的質(zhì)量mA、滑塊B的質(zhì)量mB.(2)滑塊先后通過兩個(gè)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v1＝____、v2＝____(用題中已給或所測(cè)的物理量符號(hào)來表示)；(3)在本實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證機(jī)械能守恒的表達(dá)式為____________________________________(用題中已給或所測(cè)的物理量符號(hào)來表示).1233.(2018·簡(jiǎn)陽市高一下學(xué)期期末)利用如圖11所示的裝置探究系統(tǒng)機(jī)械能守恒，在滑塊B上安裝寬度為L(zhǎng)(較小)的遮光板(遮光板質(zhì)量忽略不計(jì))，把滑塊B放在水平放置的氣墊導(dǎo)軌上，通過跨過定滑輪的繩與鉤碼A相連，連接好光電門與數(shù)字毫秒計(jì)，兩光電門間距離用s表示.數(shù)字毫秒計(jì)能夠記錄遮光板先后通過兩個(gè)光電門的時(shí)間Δt1、Δt2，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.請(qǐng)分析回答下列問題：(做勻變速直線運(yùn)動(dòng)物體極短時(shí)間內(nèi)的平均速度近似為該時(shí)間段內(nèi)任意時(shí)刻的瞬時(shí)速度)123圖11(1)為完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)，除了上面提到的相關(guān)物理量之外，還需要測(cè)量的量有________________________________(均用字母符號(hào)表示，并寫清每個(gè)符號(hào)表示的物理意義)；鉤碼A的質(zhì)量mA、滑塊B的質(zhì)量mB(3)根據(jù)(1)