研究機械能守恒定律(二)課件(滬科版必修)

1、 學習目標定位學習目標定位理解實驗的設計思路，明確實驗中需要直接測量的理解實驗的設計思路，明確實驗中需要直接測量的物理量物理量. .知道實驗選取測量點的有關要求，會根據(jù)紙帶測定知道實驗選取測量點的有關要求，會根據(jù)紙帶測定物體下落的高度物體下落的高度,掌握測量瞬時速度的方法掌握測量瞬時速度的方法.能正確進行實驗操作，分析實驗數(shù)據(jù)得出結論，能正確進行實驗操作，分析實驗數(shù)據(jù)得出結論，能定性地分析產(chǎn)生誤差的原因能定性地分析產(chǎn)生誤差的原因.學習探究區(qū)學習探究區(qū)一、用單擺和一、用單擺和DISDIS裝置驗證機械能守恒裝置驗證機械能守恒二、用自由落下的重物和打點二、用自由落下的重物和打點 計時器驗證機械能守恒

2、計時器驗證機械能守恒一、一、用單擺和用單擺和DIS裝置驗證機械能守恒裝置驗證機械能守恒(1)在鐵架臺上端用鐵夾懸掛一個擺球在鐵架臺上端用鐵夾懸掛一個擺球(如圖如圖)(2)在方格紙上確定在方格紙上確定4至至5個點作為測量點個點作為測量點(3)分別安裝光電傳感器，并使之與數(shù)據(jù)采集分別安裝光電傳感器，并使之與數(shù)據(jù)采集 器相連接器相連接(4)讓擺球從某一高度向下擺動分別測定擺球在擺動過程中任意讓擺球從某一高度向下擺動分別測定擺球在擺動過程中任意 時刻的動能和重力勢能時刻的動能和重力勢能(5)研究每一個測量點上機械能的總量的特點研究每一個測量點上機械能的總量的特點一、一、用單擺和用單擺和DIS裝置驗證機

3、械能守恒裝置驗證機械能守恒(1)本實驗中擺球在運動過程中受到阻力作用，引起實驗中動能的增加本實驗中擺球在運動過程中受到阻力作用，引起實驗中動能的增加量量 小于小于重力勢能的減少量重力勢能的減少量(2)光電傳感器的靈敏度對實驗結果也有影響光電傳感器的靈敏度對實驗結果也有影響(1)擺球運動時，應使其軌跡在一擺球運動時，應使其軌跡在一豎直面內(nèi)豎直面內(nèi)，避免做圓錐擺運動，避免做圓錐擺運動(2)調(diào)整帶方格紙的木板，應使其豎線在豎直方向上調(diào)整帶方格紙的木板，應使其豎線在豎直方向上(3)為準確測定擺球在各位置的瞬時速度，可在擺球下部安置一塊擋為準確測定擺球在各位置的瞬時速度，可在擺球下部安置一塊擋光片，并確

4、保擋光片在豎直面內(nèi)光片，并確保擋光片在豎直面內(nèi)二、二、用自由落下的重物和打點計時器驗證機械能守恒用自由落下的重物和打點計時器驗證機械能守恒按圖甲把打點計時器安裝在鐵架臺上，按圖甲把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導線把打點計時器與電源連接好用導線把打點計時器與電源連接好在紙帶的一端把重物用夾子固定好，在紙帶的一端把重物用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物停靠在打點計時器附近先接通電源后放手，讓重物拉著紙帶自由下落重復幾次，計時器附近先接通電源后放手，讓重物拉著紙帶自由下落重復幾次，得到得到35條打好點的紙帶

5、條打好點的紙帶從打好點的紙帶中挑選點跡清晰且開始的兩點間距接從打好點的紙帶中挑選點跡清晰且開始的兩點間距接近近2 mm的一條紙帶，在起始點標上的一條紙帶，在起始點標上0，以后任取間隔，以后任取間隔相同時間的點依次標上相同時間的點依次標上1、2、3.用刻度尺測出用刻度尺測出0到到1、2、3的距離，即為對應下落的的距離，即為對應下落的高度高度h1、h2、h3.二、二、用自由落下的重物和打點計時器驗證機械能守恒用自由落下的重物和打點計時器驗證機械能守恒方法一：利用起始點和第方法一：利用起始點和第n點點根據(jù)公式根據(jù)公式 ，計算出，計算出1、2、3、n點的瞬時速度點的瞬時速度v1、v2、v3、vn.11

6、2=nnnhhTv從起始點到第從起始點到第n個計數(shù)點，重力勢能減少量為個計數(shù)點，重力勢能減少量為mghn，動能增加量為，動能增加量為 ，計算計算ghn和和 ，如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)，如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)ghn ，則機械能守恒定，則機械能守恒定律得到驗證律得到驗證212nv212nmv212nv二、二、用自由落下的重物和打點計時器驗證機械能守恒用自由落下的重物和打點計時器驗證機械能守恒方法二：任取兩點方法二：任取兩點A、B.計算各計數(shù)點計算各計數(shù)點 ，以以 為縱軸為縱軸，以各計數(shù)點到第一個，以各計數(shù)點到第一個點的距離點的距離h為橫軸為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出 h圖線圖線.若

7、在若在誤差允許范圍內(nèi)圖像是一條過原點且斜率為誤差允許范圍內(nèi)圖像是一條過原點且斜率為g的直線，的直線，則則驗證驗證了了機械能守恒定律機械能守恒定律212v212v212v從從A點到點到B點，重力勢能減少量為點，重力勢能減少量為mghAmghB，動能增加量為，動能增加量為 ，計算計算ghAB和和 ，如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)，如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)ghAB ，則，則機械能守恒定律得到驗證機械能守恒定律得到驗證221212BAmmvv22BA1212vv221212BAvv方法三：圖方法三：圖像像法法(如圖所示如圖所示)二、二、用自由落下的重物和打點計時器驗證機械能守恒用自由落下的重物和打點計時器驗

8、證機械能守恒1本實驗的誤差主要是本實驗的誤差主要是 由紙帶由紙帶測量測量產(chǎn)生的偶然誤差以及重物和紙帶運動中的產(chǎn)生的偶然誤差以及重物和紙帶運動中的空氣阻力空氣阻力及打及打 點計時器的點計時器的摩擦阻力摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差引起的系統(tǒng)誤差2測量時采取測量時采取多次測量求平均值多次測量求平均值的方法來減小偶然誤差，安裝打點計的方法來減小偶然誤差，安裝打點計 時器使兩限位孔時器使兩限位孔中線豎直中線豎直，并且選擇，并且選擇質(zhì)量適當大些、體積盡量小質(zhì)量適當大些、體積盡量小些些 的重物來減小系統(tǒng)誤差的重物來減小系統(tǒng)誤差二、二、用自由落下的重物和打點計時器驗證機械能守恒用自由落下的重物和打點計時器驗證機械能

9、守恒（1）打點計時器安裝要穩(wěn)固，并使兩限位孔的打點計時器安裝要穩(wěn)固，并使兩限位孔的中線在同一豎直線上中線在同一豎直線上， 以減小摩擦阻力以減小摩擦阻力（2）應選用應選用質(zhì)量和密度較大質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對的重物，增大重力可使阻力的影響相對 減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力相對減小減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力相對減?。?）實驗時，應實驗時，應先接通電源先接通電源，讓打點計時器正常工作后，讓打點計時器正常工作后再松開紙帶再松開紙帶 讓重物下落讓重物下落（4）本實驗中的兩種驗證方法均本實驗中的兩種驗證方法均不需要測重物的質(zhì)量不需要測重物的質(zhì)量m.（5）速

10、度速度不能用不能用vgt或或v 計算，應根據(jù)紙帶上測得的數(shù)據(jù)，計算，應根據(jù)紙帶上測得的數(shù)據(jù)， 利用利用 計算瞬時速度計算瞬時速度2gh112=nnnhhTv二、二、用自由落下的重物和打點計時器驗證機械能守恒用自由落下的重物和打點計時器驗證機械能守恒典例精析典例精析例例1 1 某同學研究小球擺動過程中機械能某同學研究小球擺動過程中機械能守恒，他用的守恒，他用的DIS的裝置如圖的裝置如圖(a)所示，在所示，在實驗中，選擇以圖像方式顯示實驗的結果，實驗中，選擇以圖像方式顯示實驗的結果，所顯示的所顯示的DIS圖像如圖圖像如圖(b)所示圖像的橫所示圖像的橫軸表示小球距軸表示小球距D點的高度點的高度h，縱

11、軸表示小，縱軸表示小球的重力勢能球的重力勢能Ep、動能、動能Ek或機械能或機械能E.(1)在圖在圖(b)中，表示小球的動能中，表示小球的動能Ek隨小球隨小球距距D點的高度點的高度h變化關系的圖線是變化關系的圖線是_(2)根據(jù)圖根據(jù)圖(b)表示的實驗圖像，可以得出表示的實驗圖像，可以得出的結論是的結論是_ _.機械能機械能守恒守恒221122Dmghmmvv2k12DEhmmgv丙丙物體的機械能守恒物體的機械能守恒典例精析典例精析例例2 2 某同學利用重物自由下落來某同學利用重物自由下落來“驗證機驗證機械能守恒定律械能守恒定律”的實驗裝置如圖甲所示的實驗裝置如圖甲所示(1)請指出實驗裝置中存在的

12、明顯錯誤：請指出實驗裝置中存在的明顯錯誤：_.(2)進行實驗時，為保證重物下落時初進行實驗時，為保證重物下落時初速度為零，應速度為零，應_(選填選填“A”或或“B”)A先接通電源，再釋放紙帶先接通電源，再釋放紙帶B先釋放紙帶，再接通電源先釋放紙帶，再接通電源打點計時器的工作電源是打點計時器的工作電源是打點計時器不能接在打點計時器不能接在“直流電源直流電源”上上當打點計時器打點時，當打點計時器打點時，紙帶已經(jīng)下落，紙帶已經(jīng)下落，打下的第打下的第1 1個點的速度不為零個點的速度不為零A典例精析典例精析例例2 2 某同學利用重物自由下落來某同學利用重物自由下落來“驗證機驗證機械能守恒定律械能守恒定律”的實驗裝置如圖甲所示的實驗裝置如圖甲所示(3)根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)打根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)打出的出的1、2、3、4四個點如圖乙所示已四個點如圖乙所示已測出測出1、2、3、4到打出的第一個點到打出的第一個點O的的距離分別為距離分別為h1、h2、h3、h4，