高一物理教課件：第五節(jié)《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》（粵教版必修2）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第五節(jié)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 1 掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理 2 會(huì)自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 并能從中得出正確的結(jié)論3 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)真理的惟一標(biāo)準(zhǔn) 的科學(xué)觀 1 機(jī)械能守恒定律在只有重力做功的情形下 物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 但機(jī)械能的總量保持不變 2 機(jī)械能守恒是有條件的 只有重力做功 知識(shí)回憶 能否設(shè)計(jì)幾個(gè)機(jī)械能守恒的小實(shí)驗(yàn) 討論與交流 如果你是一名科學(xué)家 你如何設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 一 實(shí)驗(yàn)原理 在只有重力做功的運(yùn)動(dòng)過程中 只要能夠確定任意兩點(diǎn)的高度h 或高度差 h 和速度v 就可以驗(yàn)證這個(gè)過程的機(jī)械能是否守恒 或 二 實(shí)驗(yàn)方案 方案一 利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位置變化情況 鐵架臺(tái) 帶鐵夾 電火花計(jì)時(shí)器或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 直尺 重錘 紙帶 復(fù)寫紙片 導(dǎo)線 電源 1 實(shí)驗(yàn)器材 2 實(shí)驗(yàn)步驟 1 如圖所示 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直地固定在置于桌邊的鐵架臺(tái)上 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源連接好 2 將紙帶穿過電火花計(jì)時(shí)器或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔 并把紙帶的一端固定在重物上 使重物停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方 先用手提著紙帶 3 先接通電源 松開紙帶 讓重物帶著紙帶自由下落 計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一列小點(diǎn) 4 重復(fù)幾次 得到3 5條紙帶 5 在打好點(diǎn)的紙帶中挑選 點(diǎn)跡清楚且第一 二兩點(diǎn)間距離約為2mm 的一條紙帶 記下第一個(gè)點(diǎn)的位置O 并在紙帶上從任意點(diǎn)開始依次選取幾個(gè)連續(xù)的點(diǎn)1 2 3 并用刻度尺依次測(cè)出各點(diǎn)到位置O的距離 這些距離就是物體運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)1 2 3 時(shí)下落的高度h1 h2 h3 6 應(yīng)用平均速度就是中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度的方法 計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度V1 V2 V3 7 把得到的數(shù)據(jù)填入表格里 計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的勢(shì)能減少量mgh 以及增加的動(dòng)能mV2 2 并比較是否跟理論一致 1 安裝計(jì)時(shí)器時(shí)豎直架要穩(wěn)定 計(jì)時(shí)器的兩限位孔必須在同一豎直線上 以減少重物帶動(dòng)紙帶下落過程受到的阻力 2 實(shí)驗(yàn)時(shí)必須先接通電源 然后松開紙帶讓重物下落 3 測(cè)量下落高度時(shí) 必須從起始點(diǎn)算起 選取的各計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)些 可減少物體下落距離h的測(cè)量誤差 紙帶不宜過長(zhǎng) 約40 即可 因重物自由下落時(shí)的加速度較大 每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔不一定取連打5個(gè)點(diǎn)的時(shí)間為計(jì)時(shí)單位 3 注意事項(xiàng) 4 實(shí)驗(yàn)中因不需要知道動(dòng)能和勢(shì)能的具體數(shù)值 故不需測(cè)物體的質(zhì)量m 5 實(shí)際上重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功 所以動(dòng)能的增加量要小于勢(shì)能的減少量 6 紙帶的上端最好不要懸空提著 要保證重物下落的初速度為零 并且紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)是清晰的小點(diǎn) 7 紙帶挑選的標(biāo)準(zhǔn)是第一 二兩點(diǎn)間的距離接近2mm 實(shí)驗(yàn)演示 方案二 利用氣墊導(dǎo)軌光電門記錄勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位置變化情況 1 實(shí)驗(yàn)裝置 2 數(shù)據(jù)處理 實(shí)驗(yàn)演示 第一部分 實(shí)驗(yàn)演示 第二部分 方案三 利用頻閃照片記錄勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位置變化情況 1 實(shí)驗(yàn)器材 頻閃照相機(jī) 小球 毫米刻度尺 2 數(shù)據(jù)處理 比例1 1頻閃時(shí)間間隔T 1 在 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 下列操作正確的是 A 先釋放重物 后接通電源B 用秒表測(cè)量重物下落的時(shí)間C 打完一條紙帶后 立即切斷電源D 每打完一條紙帶 活動(dòng)復(fù)寫紙的位置 CD 2 在用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中 1 若用公式v gt計(jì)算瞬時(shí)速度進(jìn)行驗(yàn)證 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接交流的頻率為50Hz 甲 乙兩條實(shí)驗(yàn)紙帶 應(yīng)選 紙帶為好 圖 甲 S2 S12 8gT2 重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻力 2 若通過測(cè)量紙帶上某兩點(diǎn)間距離來計(jì)算瞬時(shí)速度進(jìn)行驗(yàn)證的話 設(shè)已測(cè)得點(diǎn)2到點(diǎn)4之間距離為S1 點(diǎn)0到點(diǎn)3之間距離為S2 打點(diǎn)周期為T 為驗(yàn)證自重物開始下落到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下點(diǎn)3這段時(shí)間內(nèi)機(jī)械能守恒 實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足S1 S2 T之間的關(guān)系為 3 重物選取的原則應(yīng)是 3 為了驗(yàn)證物體在自由下落過程中機(jī)械能是守恒的 將m 0 5kg的重物系上一紙帶 并將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 當(dāng)重物自由下落時(shí) 得到如圖所示的記錄紙帶 已知打點(diǎn)周期T 0 02s 設(shè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 9 9m s2 計(jì)算打A B兩點(diǎn)時(shí)重物下落的速率VA VB 以A B兩點(diǎn)為例 驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒 Ek mgh 結(jié)論 1 5m s 2 1m s 0 54J 0 53J 在誤差允許范圍內(nèi)機(jī)械能守恒 4 斜面長(zhǎng)100cm 高60cm 某同學(xué)以質(zhì)量為400g的小車沿斜面下滑來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 他從記錄小車運(yùn)動(dòng)的打點(diǎn)紙帶上選取了A B C D四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 已知每相鄰兩點(diǎn)間對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔為0 1s A與B B與C C與D之間的距離分別為10cm 15cm 20cm 則小車由紙帶上對(duì)應(yīng)打B點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)到打C點(diǎn)時(shí) 小車動(dòng)能增加了 J 重力勢(shì)能減小了 J 實(shí)際上此過程機(jī)械能并不守恒是由于 若減小斜面傾角 將使本實(shí)驗(yàn)的誤差 填 增大 減小 不變 增大 0 3 0 35 摩擦力對(duì)小車做了功 一 實(shí)驗(yàn)原理在只有重力做功的運(yùn)動(dòng)過程中 只要能夠確定任意兩點(diǎn)的高度h 或高度差 h 和速度v 就可以驗(yàn)證這個(gè)過程的機(jī)械能是否守恒 二 實(shí)驗(yàn)方案1 利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位置變化情況 2 利用氣墊導(dǎo)軌光電門記錄勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位置變化情況 3 利用頻閃照片記錄勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位置變化情況 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全