（11月合辑）福建省福鼎市第二中学高三物理一轮复习 第3节 第1课时 实验探究动能与重力势能的转化和守恒课件.ppt

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1、第第3 3节节 能量守恒定律能量守恒定律第第1 1课时课时 实验：探究动能与重力势实验：探究动能与重力势能的转化和守恒能的转化和守恒2021/8/11 星期三11.1.探究动能与重力势能的转化与守恒。探究动能与重力势能的转化与守恒。2.2.理解实验原理、掌握实验方法。理解实验原理、掌握实验方法。3.3.会处理实验所得到的数据并得出正确结论。会处理实验所得到的数据并得出正确结论。2021/8/11 星期三2动能和重力势能可以相互转化动能和重力势能可以相互转化2021/8/11 星期三32021/8/11 星期三4在在上上、下下坡坡的的山山路路上上骑骑自自行行车车，动动能能和和势势能均发生变化能均

2、发生变化2021/8/11 星期三5物体的动能和重力势能可以相互转化，物体的动能和重力势能可以相互转化，那么动能和重力势能之和将会怎样变化呢那么动能和重力势能之和将会怎样变化呢?下面我们通过实验来验证这个问题。下面我们通过实验来验证这个问题。2021/8/11 星期三6本本实实验验借借助助于于重重物物的的自由下落自由下落验验证证：动动能能和和重重力力势势能能相相互互转转化化过过程程中中，它它们们的总和不变的总和不变实验目的实验目的2021/8/11 星期三7 （1 1）在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重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可以相互转化（忽略空气的阻力）。设

3、物体力势能和动能可以相互转化（忽略空气的阻力）。设物体的质量为的质量为m m，下落距离为，下落距离为h h时物体的瞬时速度为时物体的瞬时速度为v v，则物体，则物体的势能减少的势能减少mghmgh，动能增加，动能增加 ，故有，故有【实验原理实验原理】mgh2021/8/11 星期三82 2A A2 2B B2 21 12 21 1mvmvmvmvmgmgh h-=？要判断上式是否成立，需要测量哪些物理量？要判断上式是否成立，需要测量哪些物理量？如何测量这些物理量？如何测量这些物理量？（2 2）在在纸纸带带上上任任意意选选取取一一点点A A作作为为参参考考点点，计计算算出出打打该该点点时时重重物

4、物的的动动能能，在在纸纸带带上上再再选选一一点点B B，计计算算出出B B点点的的动动能和重力势能之和，然后和能和重力势能之和，然后和A A点的相比较。点的相比较。2021/8/11 星期三9需需 要要 测测 量：量：所所选选参参考考点点A A及及纸纸带带上上其其他他各各点点的的速速度度、各点到参考点各点到参考点A A的距离。的距离。ABh2021/8/11 星期三10测量这些物理量，需要哪些测量这些物理量，需要哪些器材？器材？重物、打点计时器、纸带、重物、打点计时器、纸带、交流电源、铁架台、夹子、交流电源、铁架台、夹子、毫米刻度尺毫米刻度尺实验器材实验器材打点打点2021/8/11 星期三1

5、1实验步骤：实验步骤：按照如上图所示装置安装打点计时器按照如上图所示装置安装打点计时器将纸带穿过计时器，下端与重物相连将纸带穿过计时器，下端与重物相连接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带及时切断电源，取下纸带，标上纸带号及时切断电源，取下纸带，标上纸带号更换纸带，重复以上步骤更换纸带，重复以上步骤整理器材，使器材复位整理器材，使器材复位2021/8/11 星期三12数据处理：数据处理：（方法一）（方法一）在在打打好好点点的的纸纸带带中中挑挑选选“点点迹迹清清楚楚且且第第一一、二二两两点点间间距距离离约约为为2mm”2mm”的的一一条条纸纸带带，记记下下第第一

6、一个个点点的的位位置置O O，并并在在纸纸带带上上从从任任意意点点开开始始依依次次选选取取几几个个连连续续的的点点1 1、2 2、33，并并用用刻刻度度尺尺依依次次测测出出各各点点到到位位置置O O的的距距离离，这这些些距距离离就就是是物物体体运运动动到到点点1 1、2 2、3 3、时时下下落落的的高高度度h h1 1、h h2 2、h h3 3,就就可可求求出出重重力力势势能能的的减减少少量量，用用平平均均速速度度就就是是中中间间时时刻刻的的瞬瞬时时速速度度的的方方法法 ，计计算算出出各各点点对对应应的的瞬瞬时速度时速度v v1 1、v v2 2、v v3 3即可求出该点的动能。即可求出该点

7、的动能。2021/8/11 星期三13hvEPEK123表一表一2021/8/11 星期三14AB我我们们可可以以选选取取A A、B B两两点点，比比较较它它们们的的机机械械能能E EA A和和E EB B,以以点点B B为零势能参考点，则有：为零势能参考点，则有：E EKAKAmghmghE EKBKB数据处理：（方法二）数据处理：（方法二）2021/8/11 星期三15h/mh/mv vA Av vB BE EKAKA+E EPAPAE EKBKB+E EPBPB1 12 23 34 4表二表二2021/8/11 星期三16结结 论：论：在在误误差差允允许许的的范范围围内内，物物体体在在自

8、自由由下下落落的的过过程程中，动能和重力势能之和保持不变中，动能和重力势能之和保持不变2021/8/11 星期三17(1)(1)由由于于测测量量长长度度带带来来的的误误差差属属偶偶然然误误差差，减减小小的的办办法法是多测几次取平均值。是多测几次取平均值。(2)(2)实实际际上上重重物物和和纸纸带带下下落落过过程程中中要要克克服服阻阻力力(主主要要是是打打点点计计时时器器的的阻阻力力)做做功功，故故动动能能的的增增加加量量EEK K必必定定稍稍小小于势能的减少量于势能的减少量EEP P，这属于系统误差。，这属于系统误差。【误差分析误差分析】2021/8/11 星期三181.1.选选择择重重物物时

9、时，选选轻轻一一点点的的好好还还是是重重一一点点的的好好？为为什什么么？我我们们要要求求重重物物做做自自由由落落体体运运动动，而而阻阻力力是是不不可可避避免免地地存存在在的的，为为了了减减少少阻阻力力对对实实验验的的影影响响，应应选选用用密度较大的重物密度较大的重物。问题与讨论问题与讨论2021/8/11 星期三192.2.安装打点计时器时，应注意什么问题？安装打点计时器时，应注意什么问题？计计时时器器平平面面与与纸纸带带限限位位孔孔调调整整在在竖竖直直方方向向，计计时时器器要要稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。稳定在铁架台上，并将计时器伸出桌外。3.3.这样做的目的是什么这样做的目的是什么

10、?减减小小纸纸带带与与限限位位孔孔的的摩摩擦擦带带来来的的实实验验误误差差；保保证证重重物物有有足足够够的的下下落落空空间间，以以便便在在纸纸带带上上能能够够打打出出较较多多的的点点，有有利于进行计算。利于进行计算。2021/8/11 星期三204.4.实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？先通电源，再释放纸带。先通电源，再释放纸带。5.5.释放纸带时应注意什么问题？释放纸带时应注意什么问题？释释放放纸纸带带前前，重重物物应应靠靠近近打打点点计计时时器器，以以便便能能打打出出较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由静止释放。较多的点。拉稳纸带的上端，确保重物由

11、静止释放。2021/8/11 星期三211.1.在在验验证证机机械械能能转转化化与与守守恒恒的的实实验验中中，下下列列操操作作正正确的是确的是()()A A先释放重物，后接通电源先释放重物，后接通电源B B用秒表测量重物下落的时间用秒表测量重物下落的时间C C打完一条纸带后，立即切断电源打完一条纸带后，立即切断电源D D选用重锤后要称质量选用重锤后要称质量 C C2021/8/11 星期三222.2.在在“验证机械能的转化和守恒验证机械能的转化和守恒”的实验中，已知打点计的实验中，已知打点计时器所用的电源的频率为时器所用的电源的频率为50Hz50Hz，查得当地重力加速度为，查得当地重力加速度为

12、g=9.8m/sg=9.8m/s2 2,测得所用的重物的质量为测得所用的重物的质量为1.00kg1.00kg。实验中得到。实验中得到一条如图所示点迹清晰的纸带，把第一个点记作一条如图所示点迹清晰的纸带，把第一个点记作O O，另选连，另选连续的续的4 4个点个点A A、B B、C C、D D作为测量的点，经测量知道作为测量的点，经测量知道A A、B B、C C、D D各点到各点到O O点的距离分别为点的距离分别为62.99cm62.99cm、70.18cm70.18cm、77.76cm77.76cm、85.73cm85.73cm，根据以上数据，可知重物由，根据以上数据，可知重物由O O点运动到点

13、运动到C C点，重力点，重力势能的减少量等于势能的减少量等于_焦，动能的增加量等于焦，动能的增加量等于_焦焦(取取3 3位有效数字位有效数字)。7.627.627.577.572021/8/11 星期三232.332.332.312.312 23.3.在在“验证机械能的转化和守恒验证机械能的转化和守恒 的实验中的实验中,已知打点计时已知打点计时器所用电源的频率为器所用电源的频率为50Hz,50Hz,查得当地的重力加速度查得当地的重力加速度g=9.80m/sg=9.80m/s2 2 ,测得所用的重物的质量为测得所用的重物的质量为1.00kg,1.00kg,实验运用公式实验运用公式mvmv2 2/

14、2=mgh/2=mgh时时,从几条打上点的纸带中挑选第一第二点间的距从几条打上点的纸带中挑选第一第二点间的距离接近离接近_mm_mm并且点迹清楚的纸带（如图所示）进行测并且点迹清楚的纸带（如图所示）进行测量，把第一个点记作量，把第一个点记作O O，另选连续的，另选连续的4 4个点个点A A、B B、C C、D D作为测作为测量的点，经测量知道量的点，经测量知道A A、B B、C C、D D各点到各点到O O点的距离分别为点的距离分别为19.63cm,23.74cm19.63cm,23.74cm、28.22cm28.22cm、33.12cm33.12cm。根据以上数据，可。根据以上数据，可知重物

15、由知重物由O O点运动到点运动到B B点，重力势能的减少量等于点，重力势能的减少量等于_J_J，动，动能的增加量等于能的增加量等于_J_J(取取3 3位有效数字位有效数字).).2021/8/11 星期三244.4.在在机机械械能能的的转转化化和和守守恒恒实实验验中中，要要验验证证重重锤锤下下落落时时重重力力势势能能的的减减少少量量等等于于它它动动能能的的增增加加量量，以以下下步步骤骤仅仅是是实实验验中中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有()()A A用天平称出重锤的质量用天平称出重锤的质量B B把把电电火火花花计计时时器器固固定定到到铁铁架架台台上上

16、，并并用用导导线线把把它它和和低低压交流电源连接起来压交流电源连接起来C C把把纸纸带带的的一一端端固固定定到到重重锤锤上上，另另一一端端穿穿过过电电火火花花计计时时器的限位孔，把重锤提升到一定的高度器的限位孔，把重锤提升到一定的高度D D接通电源，释放纸带接通电源，释放纸带E E用秒表测出重锤下落的时间用秒表测出重锤下落的时间ABEABE2021/8/11 星期三255.5.下下列列关关于于“验验证证机机械械能能的的转转化化和和守守恒恒”的的实实验验误误差差的的说法中，正确的是（说法中，正确的是（）A.A.重物的质量测量不准会产生误差重物的质量测量不准会产生误差B.B.重物的质量大一些重物的

17、质量大一些,有利于减小误差有利于减小误差C.C.重物的质量小一些重物的质量小一些,有利于减小误差有利于减小误差D.D.先释放重物先释放重物,后接通电源会造成较大误差后接通电源会造成较大误差B B2021/8/11 星期三261.1.自由下落的物体，动能和势能可以相互转化，且动能自由下落的物体，动能和势能可以相互转化，且动能和重力势能之和不变。和重力势能之和不变。2.2.由于摩擦阻力不可避免，所以动能的增加量应小于重由于摩擦阻力不可避免，所以动能的增加量应小于重力势能的减小量。力势能的减小量。3.3.该实验也可以用气垫导轨来验证。该实验也可以用气垫导轨来验证。2021/8/11 星期三272021/8/11 星期三28