《實(shí)驗:驗證機械能守恒定律》機械能守恒定律PPT
第一部分內容：必備知識·素養奠基
【實(shí)驗目的】
學(xué)會(huì )用打點(diǎn)計時(shí)器驗證機械能守恒定律的實(shí)驗方法和技能。
【實(shí)驗器材】
鐵架臺(含鐵夾),打點(diǎn)計時(shí)器,學(xué)生電源,紙帶,復寫(xiě)紙,導線(xiàn),毫米刻度尺,重物(紙帶夾)。
【實(shí)驗原理與設計】
1.實(shí)驗的基本思想——驗證性實(shí)驗:
驗證在自由落體運動(dòng)中,物體下落過(guò)程減少的重力勢能和增加的動(dòng)能相等。實(shí)驗原理:
(1)在只有重力做功的自由落體運動(dòng)中,物體的重力勢能和動(dòng)能互相轉化,但總的機械能保持不變。若物體某時(shí)刻瞬時(shí)速度為v,下落高度為h,則重力勢能的減少量為mgh,動(dòng)能的增加量為 mv2,看它們在實(shí)驗誤差允許的范圍內是否相等,若相等則驗證了機械能守恒定律。
(2)計算打第n個(gè)點(diǎn)速度的方法:測出第n個(gè)點(diǎn)與相鄰前后點(diǎn)間的距離xn和xn+1,由公式vn=_____或vn=_____算出,如圖所示:
2.實(shí)驗設計——兩個(gè)物理量的測量方法:
(1)高度h的測量
用刻度尺測量物體下落過(guò)程的高度h。
(2)速度v的測量
利用勻變速直線(xiàn)運動(dòng)中某段時(shí)間的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,來(lái)求某點(diǎn)的瞬時(shí)速度。
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實(shí)驗驗證機械能守恒定律PPT，第二部分內容：關(guān)鍵能力·素養形成
【實(shí)驗過(guò)程】
一、實(shí)驗步驟
1.安裝置:按圖所示將檢查、調整好的打點(diǎn)計時(shí)器豎直固定在鐵架臺上,接好電路。
2.打紙帶:將紙帶的一端用夾子固定在重物上,另一端穿過(guò)打點(diǎn)計時(shí)器的限位孔,用手提著(zhù)紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計時(shí)器的地方。先接通電源,后松開(kāi)紙帶,讓重物帶著(zhù)紙帶自由下落。更換紙帶重復做3～5次實(shí)驗。
3.選紙帶:
(1)用_____=mghn驗證時(shí),應選點(diǎn)跡清晰,且1、2兩點(diǎn)間距離小于或接近2 mm的紙帶。若1、2兩點(diǎn)間的距離大于2 mm,這是由于先釋放紙帶、后接通電源造成的。這樣紙帶上的第1個(gè)點(diǎn)就不是運動(dòng)的起始點(diǎn)了,這樣的紙帶不能選。
(2)用 _____=mgΔh驗證時(shí),由于重力勢能的相對性,處理紙帶時(shí),選擇適當的點(diǎn)為基準點(diǎn),這樣紙帶上打出的第1、2兩點(diǎn)間的距離是否為2 mm就無(wú)關(guān)緊要了,所以只要后面的點(diǎn)跡清晰就可選用。
【思考·討論】
(1)實(shí)驗過(guò)程中應注意哪幾個(gè)方面的操作安全問(wèn)題? (科學(xué)態(tài)度與責任)
提示:安裝打點(diǎn)計時(shí)器時(shí)要豎直架穩,使其兩限位孔在同一豎直線(xiàn)上,以減小摩擦阻力。
(2)使用打點(diǎn)計時(shí)器應注意什么?
提示:先接通電源,讓打點(diǎn)計時(shí)器正常工作后,再松開(kāi)紙帶讓重物下落。
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實(shí)驗驗證機械能守恒定律PPT，第三部分內容：實(shí)驗研析·素養遷移
類(lèi)型一 實(shí)驗操作
【典例1】某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗裝置驗證機械能守恒定律。實(shí)驗所用的電源為學(xué)生電源,可以提供輸出電壓為6 V的交流電和直流電,交流電的頻率為50 Hz。重錘從高處由靜止開(kāi)始下落,重錘拖著(zhù)的紙帶上打出一系列的點(diǎn),對紙帶上的點(diǎn)測量并分析,即可驗證機械能守恒定律。
(1)他進(jìn)行了下面幾個(gè)操作步驟:
A.按照圖示的裝置安裝器件;
B.將打點(diǎn)計時(shí)器接到電源的“直流輸出”上;
C.用天平測出重錘的質(zhì)量;
D.先接通電源,后釋放紙帶,打出一條紙帶;
E.測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離;
F.根據測量的結果計算重錘下落過(guò)程中減少的重力勢能是否等于增加的動(dòng)能。
其中沒(méi)有必要進(jìn)行的步驟是__________________,操作不當的步驟是_______________。
(2)這位同學(xué)進(jìn)行正確操作后挑選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測量分析,如圖乙所示。其中O點(diǎn)為起始點(diǎn),A、B、C、D、E、F為六個(gè)計數點(diǎn)。根據紙帶上的測量數據,當打B點(diǎn)時(shí)重錘的速度為_(kāi)___________m/s。(保留3位有效數字)
(3)他繼續根據紙帶算出各點(diǎn)的速度v,量出下落距離h,并以為縱軸、以h為橫軸畫(huà)出圖像,應是圖丙中的____________。
類(lèi)型二 數據處理
【典例2】用如圖1實(shí)驗裝置驗證m1、m2組成的系統機械能守恒。m2從高處由靜止開(kāi)始下落,m1上拖著(zhù)的紙帶通過(guò)打點(diǎn)計時(shí)器打出一系列的點(diǎn),對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量,即可驗證機械能守恒定律。圖2給出的是實(shí)驗中獲取的一條紙帶:0是打下的第一個(gè)點(diǎn),每相鄰兩計數點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標出),計數點(diǎn)間的距離如圖2所示。已知m1=50 g、m2=150 g,m2下落距離為h,則(結果保留兩位有效數字):
(1)在紙帶上打下記數點(diǎn)5時(shí)的速度v=______m/s。
(2)在0～5過(guò)程中系統動(dòng)能的增量ΔEk=________J,系統勢能的減少量ΔEp=_______J(計算時(shí)g取10 m/s2)。由此得出的結論是:_____________。
(3)若某同學(xué)作出 -h圖像如圖3,則當地的重力加速度g=____________m/s2。
【解題探究】
(1)如何求計數點(diǎn)5的瞬時(shí)速度大小?
提示:根據在勻變速直線(xiàn)運動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度大小等于該過(guò)程中的平均速度,可以求出打下記數點(diǎn)5時(shí)的速度大小。
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