《實驗: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
【實驗目的】
學會用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗方法和技能。
【實驗器材】
鐵架臺(含鐵夾),打點計時器,學生電源,紙帶,復寫紙,導線,毫米刻度尺,重物(紙帶夾)。
【實驗原理與設計】
1.實驗的基本思想——驗證性實驗:
驗證在自由落體運動中,物體下落過程減少的重力勢能和增加的動能相等。實驗原理:
(1)在只有重力做功的自由落體運動中,物體的重力勢能和動能互相轉化,但總的機械能保持不變。若物體某時刻瞬時速度為v,下落高度為h,則重力勢能的減少量為mgh,動能的增加量為 mv2,看它們在實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個點速度的方法:測出第n個點與相鄰前后點間的距離xn和xn+1,由公式vn=_____或vn=_____算出,如圖所示:
2.實驗設計——兩個物理量的測量方法:
(1)高度h的測量
用刻度尺測量物體下落過程的高度h。
(2)速度v的測量
利用勻變速直線運動中某段時間的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度,來求某點的瞬時速度。
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實驗驗證機械能守恒定律PPT，第二部分內容：關鍵能力·素養形成
【實驗過程】
一、實驗步驟
1.安裝置:按圖所示將檢查、調整好的打點計時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,另一端穿過打點計時器的限位孔,用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方。先接通電源,后松開紙帶,讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復做3～5次實驗。
3.選紙帶:
(1)用_____=mghn驗證時,應選點跡清晰,且1、2兩點間距離小于或接近2 mm的紙帶。若1、2兩點間的距離大于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個點就不是運動的起始點了,這樣的紙帶不能選。
(2)用 _____=mgΔh驗證時,由于重力勢能的相對性,處理紙帶時,選擇適當的點為基準點,這樣紙帶上打出的第1、2兩點間的距離是否為2 mm就無關緊要了,所以只要后面的點跡清晰就可選用。
【思考·討論】
(1)實驗過程中應注意哪幾個方面的操作安全問題? (科學態度與責任)
提示:安裝打點計時器時要豎直架穩,使其兩限位孔在同一豎直線上,以減小摩擦阻力。
(2)使用打點計時器應注意什么?
提示:先接通電源,讓打點計時器正常工作后,再松開紙帶讓重物下落。
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實驗驗證機械能守恒定律PPT，第三部分內容：實驗研析·素養遷移
類型一 實驗操作
【典例1】某同學用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。實驗所用的電源為學生電源,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始下落,重錘拖著的紙帶上打出一系列的點,對紙帶上的點測量并分析,即可驗證機械能守恒定律。
(1)他進行了下面幾個操作步驟:
A.按照圖示的裝置安裝器件;
B.將打點計時器接到電源的“直流輸出”上;
C.用天平測出重錘的質量;
D.先接通電源,后釋放紙帶,打出一條紙帶;
E.測量紙帶上某些點間的距離;
F.根據測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能。
其中沒有必要進行的步驟是__________________,操作不當的步驟是_______________。
(2)這位同學進行正確操作后挑選出一條點跡清晰的紙帶進行測量分析,如圖乙所示。其中O點為起始點,A、B、C、D、E、F為六個計數點。根據紙帶上的測量數據,當打B點時重錘的速度為____________m/s。(保留3位有效數字)
(3)他繼續根據紙帶算出各點的速度v,量出下落距離h,并以為縱軸、以h為橫軸畫出圖像,應是圖丙中的____________。
類型二 數據處理
【典例2】用如圖1實驗裝置驗證m1、m2組成的系統機械能守恒。m2從高處由靜止開始下落,m1上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點,對紙帶上的點跡進行測量,即可驗證機械能守恒定律。圖2給出的是實驗中獲取的一條紙帶:0是打下的第一個點,每相鄰兩計數點間還有4個點(圖中未標出),計數點間的距離如圖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5時的速度v=______m/s。
(2)在0～5過程中系統動能的增量ΔEk=________J,系統勢能的減少量ΔEp=_______J(計算時g取10 m/s2)。由此得出的結論是:_____________。
(3)若某同學作出 -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5的瞬時速度大小?
提示:根據在勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度大小等于該過程中的平均速度,可以求出打下記數點5時的速度大小。
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