2012【优化方案】精品课件：物理必修2（配粤教）第4章第五节 验证机械能守恒定律

(共37张PPT)
第五节　验证机械能守恒定律
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
第五节　验证机械能守恒定律
课标定位
课标定位
学习目标：1.会设计并完善验证机械能守恒定律的实验方案．
2．明确实验的目的、原理、器材、步骤、注意事项及误差来源．
3．会对实验数据进行处理及误差分析．
重点难点：验证机械能守恒定律的方法．
课前自主学案
一、实验要求
1．设计一种或几种验证机械能守恒定律的实验方案．
2．选择一种可行性强的实验方案，进行实际操作．
3．写出实验报告．
二、实验指导
设计实验方案时，需要正确理解机械能守恒定律的内容，特别注意机械能守恒定律成立的条件．在此基础上，综合运用所学的知识， 确定实验方法，形成一个初步的实验方案．将自己的方案和其他同学进行交流，再进行改进，最后形成一个可行的方案．
三、汇报与交流
完善改进实验方案，并完成实验．
核心要点突破
一、用自由落体运动验证机械能守恒定律
1．实验目的
验证机械能守恒定律．
2．实验原理
物体只在重力作用下做自由落体运动时，它的重力势能和动能相互转化，但总的机械能守恒，减
3．实验器材
铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物、纸带、夹子、复写纸片、导线、毫米刻度尺、低压交流电源．
4．实验步骤
(1)按图4－5－1甲装置竖直固定打点计时器，并用导线将打点计时器接在交流电源上.
图4－5－1
(2)将长约1 m的纸带用夹子固定在重物上后穿过打点计时器，用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方．
(3)接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点．
(4)换几条纸带，重复上面的实验．
5．五项注意
(1)打点计时器要竖直架稳，使其与纸带限位孔在同一竖直线上，以减小重物下降时所受的摩擦阻力．
(2)实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一个点是一个清晰的点．
6．实验误差来源及分析
(1)在测量重物下落的高度和计算某点的瞬时速度时，都要涉及长度的测量，由于长度的测量而带来的误差叫偶然误差．减小这种误差的办法有三个：其一，保证测量时是从O点测量的；其二，多次测量求平均值以减小误差；其三，选取的计数点应尽量远离O点，以减小相对误差．
(2)实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器和空气的阻力)做功，故动能的增加量ΔEk必定稍小于重力势能的减少量ΔEp，此为系统误差．可采取竖直固定打点计时器，选择密度较大的重物等方法来减小系统误差，但在误差允许的范围内可以认为机械能守恒．
二、用摆球和数字计时器验证机械能守恒定律
1．实验器材
图4－5－2
数字计时器、光电门、铁架台、细线、带孔小钢球．
2．实验步骤
(1)实验装置如图4－5－2所示，先将光电门放在A点，使摆球偏离一定位置释放，测出摆球经A点时的速度，测量A点相对D点的高度．
(2)依次将光电门放在B、C、D各点，使小球从同一位置释放测出摆球经B、C、D各点的速度，测量出各点相对D点的高度．
(3)将测得的数据记入下列表格
(4)比较ΔEk与ΔEp是否相等．
速度v/(m·s－1) 动能Ek/J 高度h/m 重力势能Ep/ J
A
B
C
D
3．注意事项
(1)小球每次应从同一位置释放．
(2)由于小球要克服空气阻力做功，应选用密度大，体积小的小球．
特别提醒：与打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图4－5－3所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间，用挡光物体的长度除以挡光时间即可求出物体的瞬时速度．
图4－5－3
三、用摆球结合平抛运动验证机械能守恒定律
如图4－5－4所示，用长约0.5 m的细线拴住铁球做成摆，细线的上端固定，在悬点的正下方D处放一刮脸刀片，刀片平面取水平方向，刀刃应与摆线的运动方向斜交而不要垂直，见俯视图，这样才能迅速把线割断．仔细调整刀刃的位置，使之恰好能在球摆到最低点时把线割断，割断处应尽量靠近摆球．在水平面上放一张白纸，上面再放一张复写纸．
图4－5－4
实验时，用天平测出小球的质量m，将摆球偏离平衡位置B，测出小球在点A处相对于B点的高度h1.释放摆球，当摆球经过平衡位置时，摆线被
课堂互动讲练
实验操作步骤的考查
验证机械能守恒定律的实验步骤如下：
A．把打点计时器固定在铁架台上，并用导线将打点计时器接在低压交流电源上
B．将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提着纸带，让手尽量靠近打点计时器
例1
C．松开纸带，接通电源
D．更换纸带，重复几次，选点迹清晰的纸带进行测量
E．用天平测量物体的质量m
在上述实验步骤中错误的是_______和_______，多余的是________．
【精讲精析】　步骤B中应让重物尽量靠近打点计时器，而不是手靠近打点计时器．步骤C应先接通电源，后释放纸带．步骤E多余，不需要测重物的质量．
【答案】　B　C　E
【方法总结】　对于物理实验，掌握实验原理和操作方法是最基本的要求.只有掌握了实验原理，才能判断出实验步骤中哪些是错误的，哪些是必要的．只有亲自动手认真操作，才能正确地对实验步骤按序排列．
实验数据的处理
例2
(2)若实验中所用重锤的质量m＝1 kg，打点纸带如图4－5－5所示，打点时间间隔为0.02 s，则记录B点时，重锤的速度vB＝________，重锤的动能Ek＝________，从开始下落起至B点重锤的重力势能减少量是________，由此可得出的结论是
_____________________________.
图4－5－5
【答案】　(1)打第一个点时重物的初速度为零　2 mm　(2)0.58 m/s　0.168 J　0.172 J　在误差允许的范围内，重锤的机械能守恒　(3)C
(双选)下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差与操作正误的说法中,正确的是(　　)
A．重锤的质量称量不准会造成较大的误差
B．重锤的质量选用大些，有利于减小误差
C．重锤的质量选用小些，有利于减小误差
D．先松开纸带让重物下落,再让打点计时器工作，会造成较大差错
实验误差的分析
例3
【答案】　BD
【方法总结】　抓住实验误差的来源，从实验原理入手尽可能地减小实验的误差．
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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