【创新设计】2011届高考物理一轮复习 第5章 第4课时 实验六 验证机械能守恒定律课件 人教大纲版.ppt

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1、验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律1在在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变若物体某时刻瞬时速度为总的机械能保持不变若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为，下落高度为h，则重力，则重力势能的减少量为势能的减少量为mgh，动能的增加量为，动能的增加量为 mv2，看它们在实验误差允许的范，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律第第4 4课时课时 实验六实验六 验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律2计计算打第算打第n个点时速度

2、的方法：测出第个点时速度的方法：测出第n个点与相邻前后点间的距离个点与相邻前后点间的距离 xn和和xn1，由公式，由公式vn 或或vn 算出，算出， 如图如图541所示所示图图541铁架台铁架台(含铁夹含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物尺，重物(带纸带夹带纸带夹)一、仪器安装一、仪器安装 1按按图图542将检查、调整好的将检查、调整好的 打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路二、打纸带和选纸带二、打纸带和选纸带2打打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计纸

3、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纸带重复做35次实验次实验3选纸带：分两种情况说明选纸带：分两种情况说明(1)应应选点迹清晰，且选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近两点间距离小于或接近2 mm的纸带若的纸带若1、2两点间的两点间的距离大于距离大于2 mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的这样，第，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的这样，第1个点就

4、不个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选是运动的起始点了，这样的纸带不能选(2)用用 mgh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为两点间的距离是否为2 mm就无就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用三、数据处理及验证三、数据处理及验证4数数据处理：在起始点标上据处理：在起始点标上0，在以后各点依次标上，在以后各点依次标上1、2、3用刻度尺测出用刻度尺测出 对应下落高度对应下落高度h1、h2、h3

5、利用公式利用公式vn 计算出点计算出点1、点、点2、点、点3的瞬时速度的瞬时速度v1、v2、 v3 5 验证验证 方法一：利用起始点和第方法一：利用起始点和第n点计算代入点计算代入ghn和和 ，如果在实验误差允，如果在实验误差允许的条件下许的条件下ghn ，则机械能守恒定律是正确的，则机械能守恒定律是正确的方法二：方法二：任任取两点计算取两点计算(1)任取两点任取两点A、B测出测出hAB，算出，算出ghAB.(2)算出算出 的值的值(3)若在实验误差允许的条件下若在实验误差允许的条件下ghAB ，则机械能守恒定律是正确的则机械能守恒定律是正确的方法三：方法三：图图象法从纸带上选取多个点，测量从

6、第一点到其余各点的下落高度象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方并计算各点速度的平方v2，然后以，然后以 为纵轴，以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据给为横轴，根据实验数据给出出 h图线若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为图线若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，的直线，则验证了机械能守恒则验证了机械能守恒1安安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少 摩擦阻力摩擦阻力2重物应选用质量大、体积小、密度大的材料重物应选用质量大、体积小、密度大的材料3应先

7、接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落4纸带长度应选用纸带长度应选用60 cm左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量5速速度不能用度不能用vngtn或或vn 计算，因为只要认为加速度为计算，因为只要认为加速度为g，机械能当，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用vngtn计计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻

8、力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算同样的道理，重物下机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算同样的道理，重物下落的高度落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn 或或hn 计算得到计算得到【例【例1】 关于关于验证机械能守恒定律实验，下面列出一些实验步骤：验证机械能守恒定律实验，下面列出一些实验步骤：A用天平称出重物和夹子的质量用天平称出重物和夹子的质量B将重物系在夹子上将重物系在夹子上C将纸带穿过打点计时器，上端用手提着，下端夹在系有重物的夹子上，将纸带穿过打点计时器，上端用手提着，下端夹在系有重物的夹子上，再把纸带向上拉，

9、让夹子静止靠近打点计时器处再把纸带向上拉，让夹子静止靠近打点计时器处 D把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6 V(电源暂不接通电源暂不接通)E把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上F在纸带上选取几个点，进行测量并记录数据在纸带上选取几个点，进行测量并记录数据G用秒表测出重物下落时间用秒表测出重物下落时间H接通电源，待打点计时器工作稳定后释放纸带接通电源，待打点计时器工作稳定后释放纸带I切断电源切断电源J更换纸带，重新进行两次

10、实验更换纸带，重新进行两次实验K在三条纸带中，选出较好的一条在三条纸带中，选出较好的一条L进进行计算，得出结论，完成实验报告行计算，得出结论，完成实验报告M拆下导线，整理器材拆下导线，整理器材对于本实验以上步骤中，不必要的有对于本实验以上步骤中，不必要的有_；正确步骤的合理顺序是正确步骤的合理顺序是_(填写代表字母填写代表字母)解析：解析：根根据实验原理和操作步骤可知不必要的有据实验原理和操作步骤可知不必要的有A、G；正确步骤的合理顺序是正确步骤的合理顺序是E、D、B、C、H、I、J、K、F、L、M.答案：答案：A、GEDBCHIJKFLM【例【例2】 某某同学做同学做“验证机械能守恒定律验证

11、机械能守恒定律”实验时不慎将一条选择好的纸带的前实验时不慎将一条选择好的纸带的前面一部分破坏了，测出剩下的一段纸带上的各个点间的距离如图面一部分破坏了，测出剩下的一段纸带上的各个点间的距离如图543所所示已知打点计时器的工作频率是示已知打点计时器的工作频率是50 Hz，重力加速度，重力加速度g9.8 m/s2.(1)利用这段纸带说明重锤通过利用这段纸带说明重锤通过2、5两点时机械能守恒两点时机械能守恒(2)分析说明为什么得到的结果是重力势能减少量分析说明为什么得到的结果是重力势能减少量Ep稍大于重锤动能的增加稍大于重锤动能的增加量量Ek.图图543解析：解析：(1)Epmgh25Ek 由由已知

12、数据计算比较可得已知数据计算比较可得Ek和和Ep近似相等，即重锤减少的重力势能近似等于近似相等，即重锤减少的重力势能近似等于重锤增加的动能，可以认为机械能守恒定律成立重锤增加的动能，可以认为机械能守恒定律成立(2)由以上计算可以看出，瞬时速度由以上计算可以看出，瞬时速度v2和和v5的计算是准确的，即的计算是准确的，即Ek是准确的，而是准确的，而重锤下落的过程中要克服阻力做功，从而减少一部分机械能即重锤下落的过程中要克服阻力做功，从而减少一部分机械能即Ep稍大于稍大于Ek.答案：答案：见解析见解析【例【例3】 某某实验小组利用如图实验小组利用如图544所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的所示的

13、实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒系统机械能守恒图图544(1)实实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？导轨是否水平？_(2)如如果果545所示所示(经放大后的经放大后的)，游标卡尺测得遮光条的宽度，游标卡尺测得遮光条的宽度d_ cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间t1.2102 s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为，则滑块经过光电门时的瞬时速度为_ m/s.在本次实验中在本次实验中还需

14、要测量的物理量有：钩码的质量还需要测量的物理量有：钩码的质量m、_和和_(文字说明并用相应的文字说明并用相应的字母表示字母表示)(3)本实验通过比较本实验通过比较_和和_在实验误差允许的范围内是否相等在实验误差允许的范围内是否相等(用测量的用测量的物理量符号表示物理量符号表示)，从而验证系统的机械能守恒，从而验证系统的机械能守恒解析：解析：本本题以创新的物理情景来考查验证机械能守恒定律的实验，同时考查游标题以创新的物理情景来考查验证机械能守恒定律的实验，同时考查游标卡尺的读数游标尺的读数为卡尺的读数游标尺的读数为d5 mm0.1 mm25.2 mm0.52 cm；滑块通；滑块通过光电门时的瞬时速度为过光电门时的瞬时速度为v m/s0.43 m/s；系统重力势能的减；系统重力势能的减少量为少量为mgs，系统动能的增加量为，系统动能的增加量为 点击此处进入点击此处进入 作业手册作业手册答案答案： (1)接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的（或取下钩码，轻推止，则说明导轨是水平的（或取下钩码，轻推 滑块，滑块基本能做滑块，滑块基本能做匀速直线运动）匀速直线运动）. .(2) 0.25 0.43 滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s滑块的质量滑块的质量M