2015年秋高中物理(人教版)必修二课件第7章第9节实验验证机械能守恒定律

成才之路·物理路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·必修2第七章机械守恒定律成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2机械守恒定律第七章第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2第九节实验：验证机械能守恒定律第七章第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2学习目标定位1课堂情景切入2知识自主梳理3重点难点突破4考点题型设计5课时作业7易错案例剖析6第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2学习目标定位第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2*会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度**掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2课堂情景切入第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2你体验过公园里的翻滚过山车吗？过山车，呼啸着、奔驰着，紧张、惊险、刺激。其势能与动能相互转化，而总的机械能保持不变(忽略阻力)。你想过吗，我们怎样通过实验来验证机械能守恒定律。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2知识自主梳理第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2验证机械能守恒定律。实验目的若物体由静止下落高度h时，其瞬时速度为v，则重力势能的减小量为________，动能的增加量为__________，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。在只有__________作用的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总机械能__________。实验原理重力守恒mgh12mv2第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2铁架台(带铁夹)，打点计时器，重锤(带纸带夹子)，纸带数条，复写纸片，导线，毫米刻度尺。除了上述器材外，还必须有__________(交流4～6V)。注意：重锤应选体积__________、质量__________者，以减少空气阻力的影响。又因无需测其质量，所以本实验不用__________。实验器材学生电源较小较大天平第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2重点难点突破第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2一、实验步骤1．按图(甲)装置竖直架稳打点计时器，并用导线将打点计时器接在4～6V交流电源上。2．将长约1m的纸带用小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。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修25．在取下的纸带中挑选第一、二两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量。先记下第一点0的位置，再任意取五个点1,2,3,4,5，用刻度尺测出距0点的相应距离，如图(乙)所示。6．计算出各点对应的瞬时速度v1，v2，v3……。7．计算各点对应的势能减少量mghn并和动能增加量mv/2进行比较。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2二、数据处理1．求瞬时速度记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3…再根据公式vn＝hn＋1－hn－12T，计算出1、2、3、4、…n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4…vn。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修22．机械能守恒验证方法一：利用起始点和第n点。从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为12mv2n，计算ghn和12v2n，如果在实验误差允许的范围内，ghn＝12v2n，则机械能守恒定律得到验证。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2方法二：任取两点(1)任取两点A、B测出hAB，求出ghAB。(2)求出A、B两点的瞬时速度，求出12v2B－12v2A的值。(3)如果在实验误差允许的范围内，ghAB＝12v2B－12v2A，则机械能守恒定律得到验证。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2方法三：图象法。从纸带上选取多个点，测量从第一个点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以12v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出12v2－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g的直线，则验证了机械能守恒定律。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2三、注意事项1．应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要尽量减少各种阻力，采取的措施有：(1)铁架台应竖直安装，可使纸带所受阻力减小。(2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小。2．应先接通电源让打点计时器开始打点，再放开纸带让重锤下落。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修23．选取纸带的原则是：(1)点迹清晰(2)所打点呈一条直线4．不需要测出物体的质量，实验只需要验证12v2n＝ghn就行了。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2四、误差分析1．测量长度时会存在偶然误差，所以测长度时要多测几次，取平均值即可减小此误差。2．由于本实验中有纸带与限位孔间的摩擦力(主要因素)和空气阻力(次要因素)的影响，这是系统误差，它使增加的动能小于减小的重力势能，要减小影响，采用增加重锤质量的办法，因为当重锤的重力远大于阻力时，可忽略阻力的影响。3．为了减小相对误差，选取的计数点最好离第一个点远一些。4．若第一、第二两点间的距离小于2mm，则这两点间的时间间隔不到0.02s或阻力过大。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2考点题型设计第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2实验原理及操作步骤某同学利用重物自由下落来“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2(1)请指出实验装置中存在的明显错误：_____________。(2)进行实验时，为保证重物下落时初速度为零，应________(选填“A”或“B”)。A．先接通电源，再释放纸带B．先释放纸带，再接通电源(3)根据打出的纸带，选取纸带上连续打出的1、2、3、4四个点如图乙所示。已测出点1、2、3、4到打出的第一个点O的距离分别为h1、h2、h3、h4，打点计时器的打点周期为T。若代入所测数据能满足表达式gh3＝________，则可验证重物下落过程机械能守恒(用题目中已测出的物理量表示)。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2解析：(1)从图甲中的实验装置中发现，打点计时器接在了“直流电源”上，打点计时器的工作电源是“低压交流电源”。因此，明显的错误是打点计时器不能接在“直流电源”上。(2)为了使纸带上打下的第1个点是速度为零的初始点，应该先接通电源，让打点计时器正常工作后，再释放纸带。若先释放纸带，再接通电源，当打点计时器打点时，纸带已经下落，打下的第1个点的速度不为零。因此，为保证重物下落的初速度为零，应先接通电源，再释放纸带。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2(3)根据实验原理，只要验证ghn＝12v2n即可验证机械能守恒定律。因此需求解v3。根据匀变速直线运动规律关系式可得，v3＝h4－h22T，则有12v23＝h4－h228T2，故只要在误差允许的范围内验证gh3＝h4－h228T2成立，就可验证重物下落过程中机械能守恒。答案：(1)打点计时器不能接“直流电源”(或打点计时器应接“交流电源”)(2)A(3)h4－h228T2第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2(济南市高新实验中学2014～2015学年高一下学期期中)在《验证机械能守恒定律》实验中，打出的纸带如图所示，其中A、B为打点计时器打下的第1、2个点，AB＝2mm，D、E、F为点迹清晰时连续打点的计时点，测得D、E、F到A的距离分别为s1、s2、s3(图中未画出)。设打点计时器的打点频率为f，重物质量为m，实验地点重力加速度为g。一位学生想从纸带上验证打下A点到打下E点过程中，重物的机械能守恒。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2(1)实验中，如下哪些操作是必要的________。A．用秒表测量时间B．重物的质量应尽可能大些C．先开电源后放纸带D．先放纸带后开电源(2)重物重力势能减少量ΔEP＝________，动能增量ΔEK＝________。(3)比较ΔEP和ΔEK发现，重物重力势能的减少量ΔEP大于动能的增加量ΔEK，造成这一误差的原因_____________。答案：(1)BC(2)mgs2，ms3－s12f28(3)摩擦阻力和空气阻力做负功，损失了机械能。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2解析：(1)实验中为减少误差，重物的质量要大些；要先开电源，再放纸带。(2)由于AB＝2mm，所以A为计时起点ΔEP＝mgs2，vE＝s3－s12T＝s3－s1f2ΔEK＝12mv2E＝ms3－s12f28(3)由于存在阻力，所以ΔEPΔEK。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2实验数据处理(邯郸市2013～2014学年高一下学期期末)用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中：(1)运用公式mv22＝mgh对实验条件的要求是________，为此，所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近________。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2(2)若实验中所用重物的质量m＝1kg。打点纸带如图所示，打点时间间隔为0.02s，则记录B点时，重物速度vB＝________m/s，重物动能Ek＝________________J，从开始下落起至B点时的重物的重力势能减少量是________J，由此可得出的结论是________。(g取9.8m/s2)(本小题数据保留三位有效数字)第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2(3)根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以v22为纵轴，以h为横轴画出的图象应是下图中的________。解析：(1)对实验条件的要求是打第一个点时重物的初速度为零。物体自由下落时，在0.02s内的位移应为h＝12gT2＝12×9.8×(0.02)2m≈2mm第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2(2)vB＝AC2T＝31.4－7.8×10－32×0.02m/s＝0.590m/s此时重物的动能为Ek＝12×1×(0.59)2J≈0.174J。重物的重力势能减少量为ΔEp＝mgh＝1×9.8×17.6×10－3J≈0.175J。故机械能守恒。第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2(3)由机械能守恒定律可知，mgh＝12mv2，即验证机械能守恒定律成立，只需验证12v2＝gh即可。如以纵坐标为v22、横坐标为h，则图象应为过原点，且斜率为g的直线，故C图正确。答案：(1)打第一个点时重物的初速度为零2mm(2)0.590m/s0.174J0.175J机械能守恒(3)C第七章第九节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·必修2(沈阳二中2014～2015学年高一下学期期中)在“验证机械能守恒定律”的一次实验中，质量m＝1kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如下图所示(相邻记时点时间间隔为0.0