7.9 实验：验证机械能守恒定律 课件（人教必修2）
文档属性
| 名称 | 7.9 实验：验证机械能守恒定律 课件（人教必修2） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 598.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2012-12-27 21:19:25 | ||
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文档简介
课件35张PPT。第七章实验理论指导典题案例导析题型一题型二第9节题型三知能演练提升 一、实验目的
通过自由落体运动验证机械能守恒定律。
二、实验原理
在自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总机械能守恒。
方法1：若以重物下落的起始点O为基准，设重物的质量为m，某一时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高度为h，则应有 ，借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒。 三、实验器材
铁架台(带铁夹)，打点计时器，重物(带纸带夹子)，纸带数条，复写纸，导线，毫米刻度尺，学生电源(交流4～6 V)。 四、实验步骤
1．仪器安装
按图7－9－1将检查、调整好的打点计
时器竖直固定在铁架台上，接好电路。
2．打纸带和选纸带
打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重
物上，另一端穿过打点计时器的限位孔用手
提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地
方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3～5次实验。
选纸带：分两种情况说明。图7－9－1 六、注意事项
(1)尽可能地控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力，采取的措施有：
①安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线竖直，以减小摩擦阻力。
②应选用质量和密度较大的重物，以减小空气阻力的影响。
(2)应先接通电源让打点计时器开始打点，再放开纸带让重物下落。 七、误差分析
(1)测量长度会带来偶然误差。减小偶然误差的办法：
①测距离都应从O点测起；
②多次测量取平均值；
③选取的计数点应尽可能离O点远些，以减小相对误差。
(2)重物在拖着纸带下落的过程中必然受到阻力作用，主要是打点计时器与纸带间的摩擦力以及空气的阻力。克服这些阻力做功要消耗能量，所以重物动能的增加量ΔEk必定小于重力势能的减少量ΔEp。这是实验设计上带来的系统误差。
(3)打点计时器周期变化带来误差。例1： 在验证机械能守恒定律的实验中。
(1)从下列器材中选出实验所必须的，其编号为________。
A．打点计时器(包括纸带)； B．重物；
C．天平； D．毫米刻度尺；
E．秒表； F．小车。 (2)打点计时器的安装放置要求为________________；开始打点计时的时候，应先______________________，然后______
__________。
(3)实验中产生系统误差的原因主要是_________________
___________________________________________，使重物获得的动能往往__________________________。为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择______________________________。 (2)两限位孔必须在同一竖直线上 给打点计时器通电 释放纸带
(3)纸带通过打点计时器时有摩擦阻力 小于所减小的重力势能 密度大一些的
(4)一条通过坐标原点的倾斜直线 重力加速度 [答案] (1)ABD [例2] 在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.0 kg。甲、乙、丙三个学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18 cm、0.18 cm和0.25 cm，可看出其中肯定有一个学生在操作上出现了问题，出现的问题是__________________
___________________________________________________。 若按实验要求正确地选出纸带如图7－9－2所示(相邻计数点的时间间隔为0.02 s)，那么：
(1)纸带的________端与重物相连(填“左”或“右”)；
(2)打点计时器打下计数点B时，重物的速度vB＝________；
(3)从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量ΔEp＝________，此过程中重物动能的增加量ΔEk＝____；图7－9－2 (4)通过计算，数值上ΔEp________ΔEk(填“>”、“＝”或“<”)，这是因为_______________________________________
___________________________________________________。
(5)实验的结论是_________________________________。
(6)若实验中所用电源的频率f<50 Hz，实验结果将会受到什么影响？ [例3](2011·海南高考)现要通过实
验验证机械能守恒定律。实验装置如
图7－9－3所示：水平桌面上固定一倾
斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长
方形遮光片的滑块，其总质量为M，左
端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。用g表示重力加速度。完成下列填空和作图；图7－9－3 以s为横坐标， 为纵坐标，在图7－9－4中的坐标纸上描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k＝________×104m－1·s－2(保留3位有效数字)。图7－9－4(2)描点作直线(略)，
由图可得斜率k＝2.40×104 m－1·s－2，
由数学知只可得k01＝2.47×104 m－1·s－2、
k02＝2.44×104 m－1·s－2、
k03＝2.41×104 m－1·s－2、
k04＝2.43×104 m－1·s－2、
k05＝2.42×104 m－1·s－2，
点击下图进入“知能演练提升”
通过自由落体运动验证机械能守恒定律。
二、实验原理
在自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总机械能守恒。
方法1：若以重物下落的起始点O为基准，设重物的质量为m，某一时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高度为h，则应有 ，借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒。 三、实验器材
铁架台(带铁夹)，打点计时器，重物(带纸带夹子)，纸带数条，复写纸，导线，毫米刻度尺，学生电源(交流4～6 V)。 四、实验步骤
1．仪器安装
按图7－9－1将检查、调整好的打点计
时器竖直固定在铁架台上，接好电路。
2．打纸带和选纸带
打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重
物上，另一端穿过打点计时器的限位孔用手
提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地
方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3～5次实验。
选纸带：分两种情况说明。图7－9－1 六、注意事项
(1)尽可能地控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力，采取的措施有：
①安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线竖直，以减小摩擦阻力。
②应选用质量和密度较大的重物，以减小空气阻力的影响。
(2)应先接通电源让打点计时器开始打点，再放开纸带让重物下落。 七、误差分析
(1)测量长度会带来偶然误差。减小偶然误差的办法：
①测距离都应从O点测起；
②多次测量取平均值；
③选取的计数点应尽可能离O点远些，以减小相对误差。
(2)重物在拖着纸带下落的过程中必然受到阻力作用，主要是打点计时器与纸带间的摩擦力以及空气的阻力。克服这些阻力做功要消耗能量，所以重物动能的增加量ΔEk必定小于重力势能的减少量ΔEp。这是实验设计上带来的系统误差。
(3)打点计时器周期变化带来误差。例1： 在验证机械能守恒定律的实验中。
(1)从下列器材中选出实验所必须的，其编号为________。
A．打点计时器(包括纸带)； B．重物；
C．天平； D．毫米刻度尺；
E．秒表； F．小车。 (2)打点计时器的安装放置要求为________________；开始打点计时的时候，应先______________________，然后______
__________。
(3)实验中产生系统误差的原因主要是_________________
___________________________________________，使重物获得的动能往往__________________________。为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择______________________________。 (2)两限位孔必须在同一竖直线上 给打点计时器通电 释放纸带
(3)纸带通过打点计时器时有摩擦阻力 小于所减小的重力势能 密度大一些的
(4)一条通过坐标原点的倾斜直线 重力加速度 [答案] (1)ABD [例2] 在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.0 kg。甲、乙、丙三个学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18 cm、0.18 cm和0.25 cm，可看出其中肯定有一个学生在操作上出现了问题，出现的问题是__________________
___________________________________________________。 若按实验要求正确地选出纸带如图7－9－2所示(相邻计数点的时间间隔为0.02 s)，那么：
(1)纸带的________端与重物相连(填“左”或“右”)；
(2)打点计时器打下计数点B时，重物的速度vB＝________；
(3)从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量ΔEp＝________，此过程中重物动能的增加量ΔEk＝____；图7－9－2 (4)通过计算，数值上ΔEp________ΔEk(填“>”、“＝”或“<”)，这是因为_______________________________________
___________________________________________________。
(5)实验的结论是_________________________________。
(6)若实验中所用电源的频率f<50 Hz，实验结果将会受到什么影响？ [例3](2011·海南高考)现要通过实
验验证机械能守恒定律。实验装置如
图7－9－3所示：水平桌面上固定一倾
斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长
方形遮光片的滑块，其总质量为M，左
端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。用g表示重力加速度。完成下列填空和作图；图7－9－3 以s为横坐标， 为纵坐标，在图7－9－4中的坐标纸上描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k＝________×104m－1·s－2(保留3位有效数字)。图7－9－4(2)描点作直线(略)，
由图可得斜率k＝2.40×104 m－1·s－2，
由数学知只可得k01＝2.47×104 m－1·s－2、
k02＝2.44×104 m－1·s－2、
k03＝2.41×104 m－1·s－2、
k04＝2.43×104 m－1·s－2、
k05＝2.42×104 m－1·s－2，
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