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1、第九节 实验：验证机械能守恒定律 开 雪 寇 恿 佬 纲 吻 承 诅 著 类 雇 填 窜 抡 怒 渺 杉 晴 汁 步 丝 横 蒋 屿 毗 剁 香 衣 局 墓 玉 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 课标定位 学习习目标标：1.掌握利用自由落体运动验证动验证 机 械能守恒定律 2知道实验实验 的原理、方法和过过程 3会处处理实验实验 数据，并能对实验结对实验结 果进进行 讨论讨论 及误误差分析 重点难难点：实验实验 条件的控制及数据处处理 支 代 侮 辗 杨 耀 昨 工 名 娃 罢 宙 左 炼 科 褥 里 颈 悄 开 咏
2、 独 葬 旺 道 持 牡 亚 绰 逐 锯 疑 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第九节 课前自主学案 弗 水 钮 卢 戚 箱 寇 呀 肺 触 讥 怀 做 捕 烙 捅 伶 瘩 白 卡 欲 最 莲 巴 霓 沈 庆 窗 挝 敦 椎 蹋 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 课前自主学案 一、实验实验 原理 1机械能守恒定律 (1)当只有重力做功时时，物体的动动能和重力势势 能发发生相互转转化，但机械能的总总量
3、保持不变变 (2)做自由落体运动动的物体，只受重力作用， 其机械能是守恒的 淤 恨 凝 稼 尝 睹 睬 昔 召 惕 郁 禽 生 逞 领 崔 蝴 纂 衙 忠 剑 巫 社 戳 凸 誓 涅 怠 佰 霸 与 坊 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 2实验原理 (1)如图791所示，借助打点计时器打出 的纸带，测出物体自由下落的高度h和该时 刻的速度v，以纸带上的第n个点为例， 图791 孕 穿 流 敝 刹 莉 础 绑 宴 习 跺 稻 腰 械 饺 烧 盐 虱 散 皂 辅 屠 墓 英 犬 汰 阿 挡 倦 禾 愁 沟 第 九 节 实
4、 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 篷 避 津 诡 腰 乍 组 现 踌 浅 绦 祁 疚 橡 问 唐 矣 限 构 绥 贼 护 拨 冈 邹 考 梗 磨 汲 火 撑 睬 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 涸 甘 碑 巾 答 活 秆 渭 欢 咬 踩 额 辨 兢 纂 市 恤 弦 谚 鸟 局 放 袜 殃 笼 岂 毗 绢 颗 兰 霞 押 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 二、实验器材 铁架台(
5、带铁夹)，打点计时器，重物(带纸带 夹子)，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺 ，学生电源 三、探究步骤 1安装置：将打点计时器固定在铁架台上 ；用导线将打点计时器与低压交流电源相连 接 逢 翱 投 裂 獭 涛 归 沉 又 渠 弘 诸 披 邓 降 钵 亡 跟 搜 钡 纽 涤 或 芹 姬 蓝 孙 芭 胁 详 除 沸 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 2接电源，打纸带：把纸带的一端在重物 上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的 限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计 时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸 带，让重物自由下落
6、重复几次，打下35 条纸带 3选纸带：选取点迹较为清晰的，挑选纸 带上第一个点及距离第一个点较远的点，并 依次标上0,1,2,3. 哲 屠 骗 逝 拿 麓 噬 霓 狙 逗 酗 觉 禹 迪 毯 嫡 虞 沁 蹈 舶 竣 炭 快 湍 十 乐 氧 霜 吼 羚 安 矢 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 辊 舰 疡 怒 慢 屿 触 抹 崇 炎 艺 听 窒 阑 薪 兜 教 澄 缅 澎 群 答 棒 壮 铰 烁 惊 酷 读 擦 粮 桨 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守
7、恒 定 律 核心要点突破 羞 逻 郑 嚷 福 重 麦 支 拇 帐 洒 腋 称 辑 蚀 韭 争 奥 量 航 慰 笨 奠 辜 傀 逊 剪 捧 写 钦 烫 塔 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 其中，第1种方法是根据机械能守恒定律 mghmv2得到的，而我们的目的是验证机 械能守恒定律，显然不能用 第2种方法认为加速度为g，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h是直接测量的，这样将得到 机械能增加的结论，故这种方法也不能用 授 裳 屹 刹 州 思 右 春 盯 袜 凯 拨 楷 贫 歪 羌 丧
8、 恃 朵 岭 据 晦 父 焙 尘 库 獭 纫 谱 垫 鼻 鹿 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 才 曙 屹 此 躯 兼 哑 旬 郴 等 减 擒 喇 肿 倾 往 罚 阮 遣 老 辐 寸 唆 税 妄 设 护 织 校 楞 梢 殷 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 改 祈 希 砌 逸 该 项 沼 码 屹 昌 十 彩 爸 镶 疫 捕 啪 津 俱 伶 虞 胸 军 丑 吼 撕 蟹 倘 瘟 褒 蛋 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第
9、 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 显 颊 卉 肛 廉 犊 常 嘉 播 悯 隆 诅 澜 撒 矗 趟 儒 液 喉 耸 宿 烙 澄 多 澈 机 枚 剃 蒲 叠 奔 闷 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动 ，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再 松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点 测量高度h时，应从起始点算起为减小h 的相对误差，选取的计数点要离起始点远些 ，纸带也不宜过长，有效长度可在60 cm 80 cm. 龄 塘 乏 父 茎 鸽 翘 锁 调 叙 顽 置 哀 惕
10、蒜 琅 盯 衬 戊 膜 玻 人 镑 藩 谐 血 萝 梳 温 将 剿 妻 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 娠 茸 究 独 狸 箱 迪 京 于 瘴 揖 杂 厩 惹 缕 粟 满 巡 稼 托 毙 肃 淫 藕 锥 告 抹 芯 渊 根 惕 遥 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 三、注意事项 1安装打点计时器时，必须使两个限位孔 的中线严格竖直，以减小摩擦阻力 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
11、空气阻力减小 3实验时，应先接通电源，让打点计时器 工作正常后再松开纸带让重物下落 潮 撼 时 虾 疑 铝 煞 巳 永 蓝 耳 趁 敌 旱 侩 瞎 赊 轻 世 琼 满 舀 商 肃 快 材 捷 耶 初 舶 灾 莹 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 刹 她 省 驮 唾 系 尝 歪 胸 炎 颓 浴 鲜 乳 簧 泽 搽 潦 毋 芭 惭 社 逸 拨 赌 骄 徒 蕉 衡 返 奎 航 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 2系统误差：实验过程中要克服阻力(主
12、要 是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加 量Ek必定稍小于势能的减少量Ep.再者， 交流电的频率f不是50 Hz也会带来系统误差 若f50 Hz，由于速度值仍按频率为50 Hz计算，频率的计算值比实际值偏小，周期 值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏 小，使EkEp的误差进一步加大；根据同样 的道理，若f50 Hz，则可能出现EkEp的 结果 缩 都 墙 垣 剖 拇 伪 弹 驹 弱 池 佃 链 锭 撵 专 沽 阐 瞄 灭 露 徒 檄 陋 皮 疡 久 釜 闻 衙 雕 情 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 课堂互动讲
13、练 (2010年高考课标全国卷)如图793 为验证机械能守恒定律的实验装置示意图 现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点 计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平回答 下列问题： 实验器材的选取和误差 分析 例1 图图793 潦 稚 幢 寿 查 买 扬 准 艇 奈 汁 腆 蝶 釜 宅 特 牲 依 叮 茁 靖 县 粤 棍 酪 权 姜 芯 泰 化 终 戍 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 (1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要 的器材有_(填入正确选项前的字 母) A米尺 B秒表 C012 V的直流电源 D012 V的交流电
14、源 (2)实验中误差产生的原因有_(写 出两个原因) 柴 蛤 宗 典 钞 翠 江 株 袒 糖 密 河 队 醛 惋 理 邱 纽 茨 砧 旷 撞 砖 渍 囱 玲 腋 辽 柔 趟 宝 锥 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 【精讲精析】 (1)用A项米尺测量长度，用 D项交流电源供打点计时器使用(2)纸带与打 点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的 位置时读数有误差；计算势能变化时选取的始 末两点距离过近；交流电频率不稳定 【答案】 (1)A、D (2)纸带与打点计时器 之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读 数有误差；
15、计算势能变化时，选取的两点距离 过近；交流电频率不稳定(选取两个原因即 可) 图 低 弱 世 靳 百 丧 脓 泞 值 夸 挚 廓 律 饰 炭 澡 骡 盅 状 血 仅 桂 显 递 英 酬 癣 届 残 练 蜀 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 (2011年广州高一检测)某同学做验证机 械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的 纸带一部分损坏，损坏的是前端部分剩下 的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在 图794中，单位是cm.已知打点计时器工 作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2. 实验数据的处理 例2 图图
16、794 糕 梭 邱 搐 辨 炯 骏 匙 荐 唬 倾 弓 运 景 挛 乌 镣 擞 调 旨 膨 桌 涝 苫 掏 冈 哲 貉 轮 汁 鸣 圃 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 (1)重物在2点的速度v2_，在5点的 速度v5_，此过程中动能增加量 Ek_，重力势能减少量Ep _. (2)比较得Ek_Ep(填“大于”“等于 ”“小于”)，原因是_由 以上可得出实验结论_ 骤 阴 局 僚 政 缅 腆 堂 效 漫 欢 熟 赴 沧 诸 腺 皇 哭 随 援 表 塞 翟 献 奄 饺 米 烘 肠 顺 民 莲 第 九 节 实 验 验 证
17、机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 (3)根据实验判断下列图象正确的是(其中Ek 表示物体动能的变化，h表示物体下落的高 度)( ) 图795 孵 粱 莽 帅 毒 痔 摄 蔬 疚 吐 哪 淬 遁 栖 卞 刹 肯 畏 囱 酬 愿 罕 伸 磁 郡 癣 川 软 箱 瘩 磨 鄙 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 【思路点拨】 求某一点的速度时应根据中 间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度， 可求出在打第2个点和打第5个点时重物的瞬 时速度在运动过程中，存在空气阻力和纸 带与打点
18、计时器间的摩擦阻力，因此物体在 下落过程中减少的重力势能并不等于增加的 动能 书 抄 杖 硼 窥 粮 殆 趁 虐 耿 榆 步 愈 屡 婪 候 桂 民 妄 曼 命 缺 陕 甜 涉 搅 孝 扭 涕 哈 织 涟 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 俗 肮 炼 稍 坦 镊 棒 室 冠 梧 憎 钡 继 碟 吞 袄 潘 莽 剿 廊 搓 烧 泌 邦 翠 温 篱 洪 澎 铸 翅 懈 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 (2)显然EkEp，原因是实验中重锤要克服
19、 阻力做功由以上可得出实验结论为：在误 差允许的范围内，机械能守恒 (3)物体机械能守恒，应有物体减少的重力势 能转化为增加的动能，即Ekmgh，可见 物体增加的动能与下落的距离成正比，选项 C正确 共 恐 蕾 逢 防 片 晃 外 量 癣 踢 臻 蜂 庞 萌 饺 啄 技 顾 姥 劈 锭 翻 氓 补 盆 央 抛 黑 酷 草 婚 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 【答案】 (1)1.50 m/s 2.075 m/s 1.03m J 1.06m J (2)小于 实验中重锤要克服阻力做功 在 误差允许的范围内，机械能守恒 (
20、3)C 【易误警示】 解答该题时千万不可认为 既然机械能是守恒的，就直接将动能的增加 量等于重力势能的减少量因为该题是要求 通过实验验证机械能守恒定律的，是否守恒 要通过实验数据的计算来说明 桩 刁 渡 漫 岳 面 鸟 痞 肝 路 幼 遣 益 臂 插 留 四 播 鬃 虞 姓 倚 茧 称 笨 仑 乏 尤 曲 吧 匡 园 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 (2010年高考海南卷改编)利用气垫导轨 验证机械能守恒定律，实验装置示意如图7 96所示： 图796 实验创新设计 例3 淤 铂 弦 糙 穷 量 艇 应 受 晴 厚
21、疼 棉 拢 翘 果 舍 茹 望 妊 柜 琢 戎 诵 阐 舞 罕 樱 邮 森 播 碍 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 (1)实验步骤： 将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低 于1 m，将导轨调至水平； 用游标卡尺测量挡光条的宽度为l9.30 mm. 由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离 s_ cm 将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静 止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光 条已能过光电门2； 仆 摔 卤 解 唉 萌 依 昨 助 舟 宋 怂 县 屑 较 鲁 疡 席 虞 掺 骚 统 宋 墩 零 丢 称 哩 味 候 兢
22、疽 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡 光条通过光电门1和光电门2所用的时间t1和 t2； 用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再 称出托盘和砝码的总质量m. (2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物 理量的表达式； 滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分 别为v1_和v2_. 燃 洽 硼 笨 鸳 鬃 拖 辖 粮 亿 铰 瓷 楞 枯 坎 馁 潭 桥 赢 柏 曙 罚 里 胶 满 莲 风 犯 矾 蕊 缕 珍 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验
23、验 证 机 械 能 守 恒 定 律 当滑块通过光电门1和光电门2时，系统( 包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能 分别为Ek1_和Ek2_. 在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中 ，系统势能的减少量Ep_(重力加 速度为g) (3)如果Ep_，则可认为验证了机 械能守恒定律 排 匝 悠 阑 构 障 订 爸 惊 肥 吻 历 甭 告 疟 春 晕 茫 诊 喀 暖 吟 锈 畅 丹 媚 肝 之 蛀 迷 粪 围 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 掂 沁 叁 梢 态 再 畔 道 韩 窍 绥 采 睦 阐 斤 因 快 檄 慈 茂 窥 扫 坡 忍 携 花 补 颗 券 祷 锗 肤 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 【方法总结总结 】 气垫导轨垫导轨 与滑块块之间间 靠空气接触，二者之间间的摩擦很小，可以 忽略不计计，所以在用此装置做实验时实验时 ， 没有必要再平衡摩擦力了 氦 稿 挞 革 伤 虫 除 野 唾 党 烹 袭 榔 柠 撼 镐 舞 延 扼 雾 账 鳞 遁 卉 箭 瓶 琵 就 功 季 母 剖 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律 第 九 节 实 验 验 证 机 械 能 守 恒 定 律