5-6实验验证机械能守恒定律课件新人教版

高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第1页第六单元实验验证机械能守恒定律高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第2页考点及模型的构建探秘规律·升华技巧突破压轴·技压群雄课时作业高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第3页考点及模型的构建高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第4页解读实验的核心及要点1．实验目的验证机械能守恒定律2．实验原理机械能守恒的条件是：只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变．在这个实验中，我们利用的是特殊情况(只受重力的自由落体运动)来验证机械能守恒．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第5页实验原理图(如图)，当物体自由下落时，若某时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高度为h，借助打点计时器打下的纸带，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，探究mgh和12mv2的大小关系，即可验证机械能是否守恒．计算打第n点瞬时速度的方法是：测出第n点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn＋1，由公式vn＝xn＋xn＋12T或vn＝hn＋1－hn－12T算出，如下图所示．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第6页3．实验器材铁架台(含铁夹)，打点计时器、重锤(带纸带夹)、纸带、复写纸、导线，毫米刻度尺，学生电源．4．实验步骤(1)将检查调整好的打点计时器竖直架稳在铁架台上，接好电路．(2)将纸带用夹子固定在重物上，并让纸带穿过打点计时器．先用手提住，使重物在靠近打点计时器附近静止．上图所示．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第7页(3)接通电源，松开纸带，让重物自由下落．(4)取下纸带，换上新纸带．重复做几次．(5)选取1、2两点间距接近2mm并且点迹清晰的纸带．(6)在挑选的纸带上，记下第一点的位置0，并在纸带上依次选取几个点1、2、3…根据时间t内的平均速度等于该段时间中点t/2时刻的瞬时速度，测出点1到点3之间的距离除以2×0.02s(纸带上任意两个相邻的点之间所表示的时间都是0.02s)．计算出平均速度就是2处的瞬时速度．用这种办法计算出物体在打下点1、2、3…时的瞬时速度v1、v2、v3…高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第8页(7)用刻度尺测量纸带上从0到1、2、3…之间的距离h1、h2、h3…，这些距离就是在打下1、2、3…时物体下降的高度．(8)把得到的数据填入下面的表格里，并计算各个对应的mv和mgh，看是否相等，从而得出结论.高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第9页各打点123456下落高度hn(m)速度vn(m/s)mghn12mv2n结论高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第10页探秘规律•升华技巧高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第11页一、引起误差的主要因素(1)实验时，打点计时器应竖直地架稳，以便减小重物带着纸带下落时所受的阻力．(2)释放纸带的方法：让纸带夹紧处靠近打点计时器，先接通电源，再放纸带．能使打出的第一个点清晰．(3)重锤质量大一些，体积小些，使摩擦阻力的相对误差减小．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第12页【例1】用(如实验原理图)所示的实验装置验证机械能守恒定律．在下面所列举的该实验的几个操作步骤中，你认为没有必要进行的或者操作不恰当的步骤是________(填字母代号)．A．按照图示的装置安装器件B．将电火花计时器接到学生电源的直流输出端上C．先放手让纸带和重物下落，再接通电源开关D．在打出的纸带上，依据打点的先后顺序选取连续的A、B、C、D四个合适的点，通过测量计算得出B、C两点的速度vB、vC，并测出B、C两点的距离为h高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第13页【答案】BCE．在误差允许范围内，看减少的重力势能mgh是否等于增加的动能12mv2C－12mv2B，从而验证机械能守恒定律高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第14页二、瞬时速度的处理思想与方法1．瞬时速度的求解方法做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于该点前后相邻两点间的平均速度．2．深刻理解速度计算方法的选取要确定物体的动能，需要测出物体下落一定高度时的速度．根据已经学过的知识，有三种方法：①v＝2gh，②v＝gt，③用某段时间内的平均速度表示其中间时刻的瞬时速度．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第15页其中第①种方法，实际上已经默许了运动是自由落体运动．你既然已经默许只有重力了，就承认了机械能守恒，那还验证什么，显然不是本实验的目的．该方法不能用在该实验中，这一点也是一个易错点．第②种方法也是首先承认这是一个自由落体运动．由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际下落加速度必将小于g，而下落高度是直接测量的，这样将得到动能的变化量大于重力势能的变化量的错误结论．有阻力作用的情况下，动能的变化量应小于重力势能的变化量，这也是学生实验中的易错点，因此这种方法处理实验也是错误的．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第16页第③种方法中速度的求解，不涉及重力加速度的问题，是就一般的匀变速运动速度的求解．高度是实验直接测出的数据，因此代入12mv2与mgh，或代入12mv22－12mv21与mgh2－mgh1验证，这种做法是正确的．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第17页三、几个问题的处理1．质量的处理本实验不需要知道动能和势能的具体数值，因此不需要用天平测出重物的质量m.有些教科书或教辅材料上涉及到“重物的质量用天平测出”，这并不意味着必需测质量．有了质量的具体数值，只是为了便于表述动能和势能的具体数值．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第18页2．选取纸带的方法(1)如果利用12mv2与mgh验证机械能守恒定律，处理数据时，应挑选1、2两点间的距离接近2mm并且点迹清晰的纸带进行测量．(这意味着纸带是在打第一个点的瞬时开始下落)高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第19页【例2】验证机械能守恒定律的实验采用重物自由下落的方法．(1)用公式12mv2＝mgh，必须保证________，实验中所选的纸带第1、2两点间距应接近________．(2)若实验中所用重锤质量m＝1kg，打点纸带如图所示，打点时间间隔为0.02s，A、B、C、D为几个连续的实验点．则记录B点时，重锤的速度vB＝________，重锤的动能EkB＝________，从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量是________，因此可得出的结论是_________________________.高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第20页高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第21页【解析】(1)本题中的h是指距初始点的高度，故必须保证初速度为零．初速度为零的自由落体运动，第1、2两点间的距离h＝12gt2≈2mm.(2)vB＝AC2T＝3.14－7.82×0.02×10－3m/s＝0.59m/s，重锤的动能EkB＝12mv2B＝12×1×0.592J＝0.174J，从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量EpB＝mgh＝1×9.8×17.6×10－3J＝0.172J．由此得出结论：在实验误差范围内，重锤减少的重力势能等于它增加的动能．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第22页【答案】(1)初速度为零2mm(2)0.59m/s0.174J0.172J在实验误差范围内，重锤减少的重力势能等于它增加的动能．(2)如果利用12mv22－12mv21与mgh2－mgh1验证机械能守恒定律，可以选取没有起始段的纸带．这种情况下，验证的是某一段时间，重锤的动能的变化量和重力势能的变化量．以上两种做法，是一个问题的两个方面，看研究问题的始点选取在何处．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第23页【例3】在利用打点计时器和重锤做“验证机械能守恒定律”的实验时，以下说法正确的是()A．应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力B．重锤的质量必须测出才能完成验证实验C．处理数据时必须挑选第一、二两点间距离接近2mm的纸带才能完成实验D．处理数据时可以避开纸带上初始的密集的几点，选择后面合适的两点进行测算与验证高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第24页【解析】实验的条件是只有重力做功，因此纸带所受阻力相对重力而言越小，实验的相对误差越小．由于是验证实验，不需要知道动能和势能的具体数值，因此不需要测出重物的质量m；高度只要不是从第一个点算起，利用ΔEk＝Δmgh也可以验证机械能守恒．【答案】AD高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第25页【学法指导】从以上两例可以看出，是否需要第1、2两点间的距离接近2mm的纸带，取决于题目的要求，如果题目要求高度从打第1个点量起的，这就要求必须选用第1、2两点间的距离接近2mm的纸带．如果验证的是纸带中的某一段中动能的变化量和重力势能的变化量的关系，则不需第1、2两点间的距离接近2mm的纸带．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第26页突破压轴•技压群雄高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第27页一、新情境下的探究能力的培养【例1】如右图所示，用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之匀速转动，使之替代打点计时器．当烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒面的纸上画出记号，如图所示，设毛笔接触棒时不影响棒的运动．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第28页测得记号之间的距离依次为26.0mm、50.0mm、74.0mm、98.0mm、122.0mm、146.0mm.已知电动机铭牌上标有“1200r/min”的字样，由此验证机械能守恒定律．根据以上内容可得：高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第29页(1)毛笔画出的相邻两条线的时间间隔T＝________s.(2)根据上图所给的数据，可知毛笔画下记号3时，圆柱棒下落的速度v3＝________m/s；画下记号6时，圆柱棒下落的速度v6＝________m/s；记号3、6之间棒的动能变化量为________J，重力势能的变化量为________J，由此得出的结论是_________________________________________________.(g取9.8m/s2，且结果保留三位有效数字)高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第30页【解析】本题是变形的打点计时器，电动机匀速转动一周在白纸上留下记号，这恰是另类“打点计时器”．其他问题的处理就是常规的机械能守恒的问题了，故只需求出电动机转动的周期，即可把本题转化为纸带数据的处理问题．由匀变速直线运动平均速度与时间中点的瞬时速度相等可求出瞬时速度．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第31页(1)由电动机匀速转动一周在白纸上留下记号，故电动机的周期就是相邻两记号间的时间T＝601200s＝0.05s(2)利用某段位移的平均速度表示其中间时刻的瞬时速度可求：v3＝50.0＋74.02×0.05×10－3m/s＝1.24m/s，v6＝122.0＋146.02×0.05×10－3m/s＝2.68m/s.动能变化量ΔEk＝12mv26－12mv23＝2.82J，重力势能变化ΔEp＝mgh63＝2.88J．在误差允许范围内，圆柱棒的机械能守恒．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第32页【答案】(1)0.05(2)1.242.682.822.88在误差允许范围内，圆柱棒的机械能守恒高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第33页二、双物体为背景的机械能守恒的考查利用双物体为背景进行机械能守恒考查，是近些年在机械能守恒方面考查的一个新动向，请考生们注意这一考查动向，熟练掌握常见的双物体机械能守恒的一些情景，是应对这一考查的有效途径．高考调研第五章机械能高三物理(新课标版)第34页【例2】如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1＞m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律．高考调研第五章机械能高三