高一物理課件（廣東專用）：第四章 第五節(jié)《驗證機械能守恒定律》（粵教必修二）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第五節(jié)驗證機械能守恒定律 驗證機械能守恒定律1 機械能守恒定律是可以通過理論推導(dǎo)出來的定律 用實驗不僅可檢驗機械能守恒定律 而且還可檢驗物理理論 2 學(xué)會設(shè)計實驗 通過正確理解機械能守恒定律的內(nèi)容和 設(shè)計驗證實驗 成立條件 3 學(xué)會數(shù)據(jù)處理 從實驗結(jié)果中分析數(shù)據(jù) 得出結(jié)論 要點1 創(chuàng)新實驗方案設(shè)計 1 用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律 1 在該實驗中選取氣墊導(dǎo)軌 光電門 數(shù)字計時器等器材 如圖4 5 1所示安裝實驗裝置 圖中m為滑塊質(zhì)量 l為擋光板長度 G1 G2為光電門 圖4 5 1 2 將滑塊從軌道上端某一處滑下 測出它通過光電門G1和G2時的速度v1和v2 可得到G1到G2這段位移中滑塊的動 3 再算出G1到G2這段位移中滑塊重力勢能的減少量 Ep 比較 Ek和 Ep 得到 Ek Ep的結(jié)論 從而證明機械能守恒 2 用自由落體和打點計時器驗證機械能 守恒定律 圖4 5 2 1 安裝 如圖4 5 2所示 將打點計時器固定在鐵架臺上 用導(dǎo)線將打點計時器與低壓交流電源相連接 2 接電源 打紙帶 把紙帶的一端在重物上用夾子固定好 另一端穿過打點計時器的限位孔 用手提著紙帶使重物停靠在打點計時器附近 接通電源 待打點穩(wěn)定后松開紙帶 讓重物自由下落 重復(fù)幾次 打下3 5條紙帶 3 選紙帶 選取點跡較為清晰的紙帶 挑選紙帶上第一個點及距離第一個點較遠(yuǎn)的點 并依次標(biāo)上0 1 2 3 4 數(shù)據(jù)測量 測出0到點1 點2 點3 的距離 即為 對應(yīng)的下落高度h1 h2 h3 5 數(shù)據(jù)處理 利用打點計時器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度h 計算出瞬時速度v 便可驗證物體重力勢能的減少 3 利用平拋運動驗證機械能守恒定律 1 運用如圖4 5 3所示的裝置 讓小球從光滑斜軌道的某一高度處由靜止開始滾下 小球離開軌道時做平拋運動 圖4 5 3 2 測出圖中平臺高度H 小球在光滑斜軌道上由靜止開始滾下時離平臺的高度h以及小球做平拋運動時的水平位移s 例1 為進(jìn)行 驗證機械能守恒定律 的實驗 有下列器材可供選擇 鐵架臺 打點計時器 復(fù)寫紙 紙帶 低壓直流電源 天平 秒表 導(dǎo)線 開關(guān) 其中不必要的器材是 缺少的器材是 解析 打點計時器工作是需要用交流電源的 故低壓直流電源應(yīng)該換成低壓交流電源 在該實驗中 物體的質(zhì)量可以不用測量 用不到天平 打點計時器已經(jīng)起到計時的作用了 秒表多余 而且打點計時器比秒表計時更精確 低壓交流電源 重錘 答案 低壓直流電源 天平 秒表刻度尺 1 如圖4 5 4所示 光滑水平軌道與光滑圓弧軌道相切 輕彈簧的一端固定在軌道的左端 OP是可繞O點轉(zhuǎn)動的輕桿 且擺到某處就能停在該處 另有一小鋼球 可看做質(zhì)點 現(xiàn)在利用這些器材測定彈簧被壓縮時的彈性勢能 圖4 5 4 重力 質(zhì)量 1 還需要的器材是 天平 刻度尺 2 以上測量實際上是把對彈性勢能的測量轉(zhuǎn)化為對 的測量 進(jìn)而轉(zhuǎn)化對 和 的直接測量 高度 勢能 要點2 實驗注意事項及數(shù)據(jù)分析 1 落體法驗證機械能守恒定律的注意事項 1 安裝打點計時器時 必須使穿紙帶的兩限位孔在同一豎直線上 以減少紙帶和限位孔的摩擦 2 紙帶應(yīng)保持豎直 平直不卷曲 避免人為增大摩擦阻力 3 紙帶選取 點跡清晰 點成一線及第1 2點間間距接近2mm這樣的紙帶最合適 4 測量下落高度時 必須從起點開始算 測量 物體的質(zhì)量選取要盡量大些 以減小因摩擦造成的相對誤差 6 數(shù)據(jù)計算時 應(yīng)注意重力加速度g取當(dāng)?shù)氐闹?的 而我們的實驗?zāi)康氖球炞C機械能守恒定律 顯然 運用該式求解速度不妥 8 不能用公式v gt求物體下落速度 該式認(rèn)為物體下落的運動加速度為g 而實際上在實驗中不可避免地受到各種摩擦力的作用 如計時器的限位孔與紙帶的阻力等 因此下落的加速度必將小于g 而下落高度是直接測量值 這樣得到的是機械能增加的結(jié)論 而有阻力作用時機械能應(yīng)為減小的 故這種方法不能使用 2 紙帶打點數(shù)據(jù)的分析 1 vn hn 1 hn 12T 即物體在做勻變速直線運動時 某一中 間時刻的瞬時速度等于過程中的平均速度 這種方法能準(zhǔn)確地反映實驗的實際 直接從紙帶中求出實際速度 因此在數(shù)據(jù)處理中 我們可以使用該種方法 2 數(shù)據(jù)處理除了數(shù)學(xué)分析以外 還可以用作圖法來進(jìn)行處理 例2 在 驗證機械能守恒定律 的實驗中 已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz 查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 9 8m s2 測得所用重物的質(zhì)量為1 00kg 實驗中得到的一條點跡清晰的紙帶如圖4 5 5所示 把第一個點記為O 另選連續(xù)的4個點A B C D作為測量點 待測量后得到A B C D各點到O點的距離分別為62 99cm 70 18cm 77 76cm 85 73cm 根據(jù)以上數(shù)據(jù) 可知重物由O點運動到C點 重力勢能的減少量等于 J 動能的增加量等于 J 取三位有效數(shù)字 圖4 5 5 思路點撥 重力勢能的減少量等于mgh O為第一個點 動能為零 動能的增加量等于C點的動能 所以從紙帶數(shù)據(jù)求C點的速度后可得動能的增加量 答案 7 62 7 57 2 在用落體法驗證機械能守恒定律的實驗中 1 所用重錘的質(zhì)量m 1 0kg 打點計時器所用電源頻率為50Hz 打下的紙帶如圖4 5 6所示 圖中的數(shù)據(jù)為從起始點O到該點的距離 則在打B點時 重錘的速度vB m s 重錘的動能EkB J 從開始下落到打B點時 重錘的勢能 減少量是 J 取兩位有效數(shù)字 0 79 0 31 0 32 圖4 5 6 2 根據(jù)紙帶算出各點的速度v 量出下落距離h 則以v2 為縱軸 以h為橫軸 畫出的圖線應(yīng)是下圖所示中的 答案 C 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