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1.第五節驗證機械能守恒定律，第四章機械能與能量，內容索引，獨立預習，預習新知識打牢基礎，重點探索啟發思維，探明要點，達標，測試評估，符合標準，獨立預覽， 1.能夠使用計時，利用機器鋪設的紙帶計算運動物體的速度。 2.掌握利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的原理和方法。 3.設計另一個可以驗證機械能守恒定律的實驗方案。 1、實驗的目的只是為了比較重力對物體做功的過程，比較物體重力勢能的變化與動能的變化。 如果滿足，則意味著機械能守恒。 2.實驗原理，EpEk，（1）自由落體法驗證機械能守恒 1.實驗設備：鐵架（帶鐵夾），，重物（帶夾），，碳紙，電線，毫米尺，低電壓交流電源（46 V）。 2
2.實驗步驟 (1)安裝裝置：將打點定時器安裝在如圖1A所示的鐵架上，并用電線將打點定時器連接到電源。 3、兩種驗證方案，電磁打點定時器，圖1，紙帶，（2）紙帶：用夾子將重物固定在紙帶一端，另一端穿過打點定時器的限位孔，用手垂直提起紙帶，阻止重物在打點計時器附近，先打開電源，然后松開紙帶，讓重物拉動紙帶自由落下。 重復幾次，得到35條點狀紙帶。 (3)選擇紙帶：從虛線紙帶開始。 選擇有清晰點且前兩點之間的距離接近2毫米的紙帶。 用 0 標記起點，然后標記與 1、2、3 相同時間間隔的任意點。 (4) 測量距離：使用標尺測量 0 到 1、2、3 的距離，即對應的下落高度h1、h2、h3.、3.數據處理（1
3.) 計算各點對應的瞬時速度：根據公式vn，計算1、2、3n點的瞬時速度v1、v2、v3vn。 (2)機械能守恒定律的驗證方法：用起點和第n點。 如果ghn v n2在實驗誤差允許范圍內，則機械能守恒定律得到驗證。 方法二：取任意兩點A、B，如果ghAB在實驗誤差允許范圍內，則機械能守恒定律得到驗證。 方法三：圖像法（如圖2所示）。 圖2 如果圖形是一條過原點且斜率為g且在實驗誤差允許范圍內的直線，則機械能守恒定律得到驗證。 4、本次實驗誤差分析主要是紙帶測量引起的偶然誤差，以及重物和紙帶運動中的空氣阻力以及打點計時器的摩擦阻力等引起的系統誤差，5。實驗注意事項 (1)打點定時器的安裝要求。
4、保持穩定，使兩限位孔中心線在同一垂直線上，以減少摩擦阻力。 (2)應選擇質量和密度較大的重物。 增加重力可以相對減少阻力的影響。 ，增加密度可以減小體積，這樣可以相對減少空氣阻力的影響。 (3)實驗時應先接通電源，讓打點定時器正常工作，然后松開紙帶，讓重物落下。 (4) ) 本實驗中的兩種驗證方法均不需要測量重物的質量m。 （二）用擺球和系統驗證機械能守恒 1、實驗步驟（1）用鐵架將擺球掛在鐵架頂部（如圖3）、（2）在方格紙上確定 4 至 5 個點作為測量點。 (3) 分別安裝光電傳感器并與數據采集器連接。 (4)讓擺球從一定高度向下擺動，測量擺球在擺動過程中任意時刻的動能和重力勢能。 (5)
5、研究各測量點機械能總量的特征。 圖3、2.誤差分析 (1) 本實驗中，擺球在運動過程中受到阻力，導致實驗中動能的增加小于重力勢能。 減少。 (2)光電傳感器的靈敏度也影響實驗結果。 3、注意事項（1）擺球運動時，其軌跡應在垂直平面內，以避免擺球圓錐擺運動。 (2)用方格紙調整木板，使垂直線處于垂直方向。 (3)為了準確測量擺球在各個位置的瞬時速度，可以在擺球下方放置遮光罩，并保證遮光罩在垂直平面內。，重點探索，例1實驗中利用自由落體運動驗證機械能守恒定律，電源頻率為50Hz，依次畫出的點為0、1、2、3、4、n，則： (1) 若如果您使用第 2 點至第 6 點之間的紙膠帶進行驗證，則必須直接
6、直接測量的物理量為_、_、_ _，必須計算的物理量為_、_，驗證的表達式為_。、 1、實驗原理和基本操作，點2至點6之間的距離h26 ，點1與點3之間的距離h13，點7之間的距離h57，點5，點2處的瞬時速度v2，點6處的瞬時速度v6，答案，分析，分析驗證機械能在運動過程中守恒將紙帶對應的重量從點2到點6，測量點2到點6的距離h26，并計算點2到點6的距離。 對于速度v2和v6，必須測量第1點和第3點之間的距離h13以及第5點和第7點之間的距離h57。 機械能守恒的表達式為mgh26。， (2) 進行下列實驗步驟 合理的順序是_（填入步驟前面的字母）。 A. 垂直安裝打點定時器
7、放在鐵架上。 B、先打開電源，然后松開紙帶，讓重物自由落下。 C、撕下紙帶，換上新紙帶（或將紙帶翻過來），再次進行實驗。 D、將重物固定在紙帶一端，讓紙帶穿過打點計時器，并用手握住紙帶。 E、選取紙卷尺，用刻度尺測量下落物體的高度h1、h2、h3、hn。 計算相應的瞬時速度v1、v2、v3、vn。 F、分別計算mv n2 和mghn，在實驗誤差范圍內是否相等。 答，在處理實驗問題時，必須明確實驗原理，并根據原理設計實驗步驟。 ，有針對性的分析問題。 訓練時（多選），用自由落體法驗證機械能守恒定律，即看mvn2是否等于mghn（n為計數點的編號）。 下列說法正確的是 A. 點定時器首先命中
8、當該點為0時7.9實驗：驗證機械能守恒定律課件ppt，重物的速度應為零。 B.hn 是計數點n 到起始點0 的距離。 C. 必須測量重物的質量。 D、用vngtn計算vn時，tn(n1)T(T為打點周期)，回答，分析，分析這個實驗的原理是利用重物的自由落體運動來驗證守恒定律機械能。 因此，當打點計時器擊中第一個點時，重物的速度應為零，A正確； hn和vn分別表示下落重物的高度和擊中第n點時對應的瞬時速度。 B正確； 實施例2 實驗組“用落體法驗證機械能守恒定律”。 實驗裝置如圖4A所示。實驗中英語作文，測量重物自由落體的高度h和相應的瞬時速度v，計算重物減少的重力勢能mgh和增加的動能mv2，然后比較它們。 如果兩者相等或近似相等，則可以驗證重量。 物體自由落體時的機械能
9.恒。 請根據實驗原理和步驟完成下列問題： 2.數據處理與誤差分析，圖4，（1）關于上述實驗，下列說法正確的是_。 A、最好選擇密度較大的重物。 小木塊 B. 重物的質量不需要測量 C. 實驗時應先接通電源，然后松開紙帶 D. 可用公式 v 求解瞬時速度、BC、答案、分析、分析重物的最佳選擇 密度較大的鐵塊受到的阻力較小，故A錯誤。 本題是以自由落體運動為例來驗證機械能守恒定律。 需要驗證的方程是mgh mv2，因為我們是比較mgh和mv2的大小關系，因此，m可以消去，不需要用天平來測量重物的質量。 操作時應先接通電源，然后松開紙帶，故B、C正確。 不能用公式v來求解瞬時速度，否則實驗驗證將無法體現。 但這變成了理論上的猜測
10. 領先，所以 D 錯誤。 （2）圖B是實驗團隊制作的帶有清晰點的紙帶。 紙帶上的 O 點是起點。 選取連續的A、B、C、D、E、F點作為計數點，測量每個計數點到O點的距離分別為27.94 cm、32.78 cm、38.02 cm、43.65 cm、49.66 cm，和 56.07 厘米。 已知打點定時器所使用的電源為50Hz的交流電，砝碼的質量為0.5kg。 從定時器設定點O到設定點D的過程中，重物的重力勢能減小Ep_J； 重物的動能增加Ek_J。兩者是不同的。 完全平等的原因可能是_。 （重力加速度g取9.8m/s2，計算結果保留三位有效數字）。 答案是重物在下落過程中受到阻力。 2.14、2.12、分析、解決
11、重力勢能減少分析。 59.80.436 5 J2.14 J. 使用勻速直線運動的推論： ，動能的增加。 12 J.由于阻力的存在，減少的重力勢能大于增加的動能。 ，（3）實驗組學生正確計算出圖B中各計數點A、B、C、D、E、F的瞬時速度v。以各計數點到A點的距離h為橫軸，v2為圖形縱軸，如圖C所示。根據圖形，粗略驗證自由落體物體機械能守恒的依據是_。 答案是圖形的斜率等于19.52 m/s2，大約是重力加速度g的兩倍，因此可以驗證分析。 當圖像的斜率是重力加速度的兩倍時，就可以驗證機械能守恒。 因此，可以粗略地驗證自由落體物體的機械能守恒。 例3 某同學研究
12.為了研究球擺動過程中機械能守恒，他使用的DIS裝置如圖5(a)所示。 在實驗中，他選擇以圖像方式展示實驗結果。 顯示的DIS圖像如圖(b)所示。 ），圖像橫軸表示小球距D點的高度h，縱橫軸表示擺球的重力勢能Ep、動能Ek或機械能E。 3、用擺球和系統驗證機械能守恒定律，圖5，（1）圖（b）中7.9實驗：驗證機械能守恒定律課件ppt，球的動能Ek與球的高度h之間的關系圖從D點開始是_。，C，答案，分析，分析是根據題圖（b）從實驗圖像可以看出，小球的動能與重力勢能之和等于a常數，即在允許的誤差范圍內，當只有重力起作用時，物體的機械能守恒。， (2) 根據圖(b)所示的實驗圖像，可以得出的結論是_ _。 當只有重力起作用時，物體的機械能是守恒的。 回答
13.、在允許誤差范圍內，分析、標準檢測、1、2、3、1。（實驗裝置及誤差分析）圖6是驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖。 現有設備有：帶鐵夾的鐵架、電磁打點定時器、紙帶、帶鐵夾的砝碼。 請回答下列問題： （1）為了完成這個實驗，除了給定的設備外，還需要以下設備：_。（正確填寫選項前的字母） A. 米尺 B. 秒表 C.低壓直流電源D.低壓交流電源，答案，分析，圖6，AD，分析處理數據時需要測量長度，所以需要米尺； 電磁打點定時器工作時需要低壓交流電源； 所以選項A和D是正確的。,1,2,3,(2)實驗中出錯的原因是:_(只寫兩個原因)。,答案,分析,答案膠帶與膠帶之間有摩擦力點定時器。 使用米尺測量卷尺
14、上點位置讀數有誤差。 在計算勢能變化時，起始位置和終止位置選擇得太接近。 交流頻率不穩定。 （選二）、1、2、3。分析錯誤的原因是：紙帶與打點計時器之間有摩擦。 用米尺測量紙帶上的點位置時讀數有誤差。 在計算勢能變化時，起始位置和終止位置選擇得太接近。 交流電的頻率不穩定。,1,2,3,(3)實驗由于打點定時器的兩個限位孔不在同一垂直線上，紙帶通過時會遇到較大的阻力，從而導致紙帶通過時受到較大的阻力。 .,B,答案,分析,2.（數據處理）用落體法驗證機械能守恒。 該法實驗中：（1）使用公式mgh對實驗條件的要求為_，打點定時器的時間間隔為0.02s，則所選紙帶第1點和第2點之間的距離應為接近_.，答案，分析，1,2,3,2毫米，重量
15. 物體開始從靜止狀態自由落體。 (2) 若實驗中使用的重物質量為 m1 kg，打點紙帶如圖 7 所示，打點時間間隔為 0.02 s，則記錄 B 點時重物的速度物體vB_，重物的動能EkB_??，重物從開始下落到B點的重力勢能的減少量為_，由此可以得出結論為_(g 9.8 m/s2，結果保留3 ，答案，分析，1,2,3，重物在實驗誤差允許范圍內的機械能守恒，0.585 m/s,0.171 J,0.172 J，圖7,1,2,3,3 （實驗原理及誤差分析）如圖8所示，將質量分別為m1和m2的兩個小木塊A和B綁在橫跨定滑輪的軟繩兩端。 M1m2 已知。 該裝置現在用于驗證機械能守恒定律。 (1) 如果選擇塊 A 并開始從靜止狀態下落
16、在跌落過程中進行測量，需要測量的物理量是_（填寫序號）。 塊體的質量m1、m2； 方塊 A 下落的距離以及下落這段距離所需的時間； B塊上升的距離以及上升該距離所需的時間； ，答案，1,2,3，圖8，或者，（2）為了提高實驗結果的準確性，一組學生對這個實驗提出了以下建議： 軟繩 質量物體的重量應輕； 在“繩子輕量化”的前提下，繩子越長越好； 盡量保證木塊只在垂直方向移動，不晃動； 兩個塊之間的質量差異應盡可能小。 上述建議中，真正有助于提高準確率的是_。 （填寫序號），答案，1,2,3，（3）寫下上面未提及的對提高實驗結果準確性有用的建議：_.，答案，1,2,3答案示例包括：“對同一高度進行多次測量，取平均值”“選擇受力后相對伸長率盡可能小的繩索”“盡可能減少滑輪的質量”“測量。”滑輪的旋轉軸“潤滑”等（任選一項即可），