20xx粵教版高中物理必修2第四章第五節(jié)《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》(文件)
【正文】 速度，動(dòng)能 重點(diǎn)歸納 (1)在該實(shí)驗(yàn) 中選取氣墊導(dǎo)軌、光電門、數(shù)字計(jì)時(shí)器等器材，如圖 4－ 5－ 1 所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置，圖中 m 為滑塊質(zhì)量， l 為擋光板長(zhǎng)度， G G2為光電門． (2)將滑塊從軌道上端某一處滑下，測(cè)出它通過(guò)光電門 G1 和 G2 時(shí)的速度 v1 和 v2，可得到 G1 到 G2 這段位移中滑塊的動(dòng)能增量 ΔEk＝ 12mv22－ 12mv21. (3)再算出 G1到 G2這段位移中滑塊重力勢(shì)能的減少量 ΔEp，比較 ΔEk 和 ΔEp，得到 ΔEk＝ ΔEp 的結(jié)論，從而證明機(jī)械能守恒 ． 2. 利用平拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 (1)運(yùn)用如圖 4－ 5－ 2 所示的裝置，讓小球從光滑斜軌道的某一高度處由靜止開(kāi)始滾下．小球離開(kāi)軌道時(shí)做平拋運(yùn)動(dòng)． (2)測(cè)出圖中平臺(tái)高度 H、小球在光滑斜軌道上由靜止開(kāi)始滾下時(shí)離平臺(tái)的高度 h 以及小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的水平位移 s. (3)由 H＝ 12gt2 算出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，再由 v＝ st算出小球離開(kāi)軌道時(shí)的速度 v. (4)比較 mgh 和 12mv2 的大小，即比較 gh 和 12v2 的大小，若 gh＝ 12v2，則可以驗(yàn)證機(jī)械能守恒． [例 1] （單選）關(guān)于“驗(yàn)證 機(jī)械能 守恒定律 ”的試驗(yàn)中，下列敘述正確的有（ ） A． 天平測(cè)出重錘質(zhì)量 B． 采用直流低壓電源 C． 先接通電源，后釋放紙帶 D． 測(cè)出重錘下落時(shí)間 解析： 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中根據(jù)公式 12mv2=mgh,不需要測(cè)出重錘的質(zhì)量。 答案：天平、刻度尺、重力勢(shì)能、質(zhì)量、高度 圖 4－ 5－ 2 圖 4－ 5－ 3 知識(shí)點(diǎn) 2 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及數(shù)據(jù)分析 重點(diǎn)歸納 誤差分析及數(shù)據(jù)處理方法 1．落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的注意事項(xiàng) (1)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使穿紙帶的兩限位孔在同一豎直線上，以減少紙帶和限位孔的摩擦． (2)紙帶應(yīng)保持豎直，平直不卷曲，避免人為增大摩擦阻力． (3)紙帶選?。狐c(diǎn)跡清晰、點(diǎn)成一線及第 2 點(diǎn)間間距接近 2 mm 這樣的紙帶最合適． (4)測(cè)量下落高度時(shí)，必須從起點(diǎn)開(kāi)始算． (5)實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)比較式為 ghn 和 12v2n，不需要進(jìn)行物體質(zhì)量的測(cè)量，物體的質(zhì)量選取要盡量大些，以減小因摩擦造成的相對(duì)誤差． (6)數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，應(yīng)注意重力加速度 g 取當(dāng)?shù)氐闹担? (7)式子 v＝ 2gh是根據(jù)機(jī)械能守恒定律 mgh＝ 12mv2 得到的，而我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證機(jī)械能守恒定律，顯然，運(yùn)用該式求解速度不妥． (8)不能用公式 v＝ gt 求物體下落速度．該式認(rèn)為物體下落的運(yùn)動(dòng)加速度為 g，而實(shí)際上在實(shí)驗(yàn)中不可避免地受到各種摩擦力的作用，如計(jì)時(shí)器的限位孔與紙帶的阻力等．因此下落的加速度必將小于 g，而下落高度是直接測(cè)量值．這樣得到的是機(jī)械能增加的結(jié)論，而有阻力作用時(shí)機(jī)械能應(yīng)為減小的，故這種方法不能使用． 2．紙帶打點(diǎn)數(shù)據(jù)的分析 (1)vn＝ hn＋ 1－ hn－ 12T ，即物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，某一中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于過(guò)程中的平均速度，這種方法能準(zhǔn)確地反映實(shí)驗(yàn)的實(shí)際，直接從紙帶中求出實(shí)際速度，因此在數(shù)據(jù)處理中，我們可以使用該種方法． (2)數(shù)據(jù)處理除了數(shù)學(xué)分析以外，還可以用 作圖法來(lái)進(jìn)行處理． [例 2] 在 “ 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 ” 的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為 50 Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?g＝ m/s2，測(cè)得所用重物的質(zhì)量為 kg，實(shí)驗(yàn)中得到的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖 4－ 5－ 4 所示，把第一個(gè)點(diǎn)記為 O，另選連續(xù)的 4 個(gè)點(diǎn) A、 B、 C、 D 作為測(cè)量點(diǎn)，待測(cè)量后得到 A、 B、 C、 D 各點(diǎn)到 O 點(diǎn)的距離分別為 cm、 cm、 cm、 ，可知重物由 O 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 C 點(diǎn)，重力勢(shì)能的減少量等于 ________J，動(dòng)能的增加量等 于 ________J． (取三位有效數(shù)字 ) 思路點(diǎn)撥：重力勢(shì)能的減少量等于 mgh, O 為第一個(gè)點(diǎn)，動(dòng)能為零，動(dòng)能的增加量等于C 點(diǎn)的動(dòng)能，所以從紙帶數(shù)據(jù)求 C 點(diǎn)的速度后可得動(dòng)能的增加量． 解析：交流電源頻率 f＝ 50 Hz，則 T＝ 1f＝ 150 s＝ s 由 O 點(diǎn)到 C 點(diǎn)，重力勢(shì)能的減少量為 ΔEp＝ mghc＝ 10－ 2 J＝ J 打下 C 點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度 (等于物體的瞬時(shí)速度 )為 vC＝OD － OB2T ＝－ － 22 m/s＝ m/s 動(dòng)能的增加量為 ΔEk＝ 12mv2C＝ 12 J＝ J. 圖 4－ 5－ 4 答案： 觸類旁通 2. 在用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中： (1)所用重錘的質(zhì)量 m＝ kg，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為 50 Hz，打下的紙帶如圖 4－ 5－ 5所示 (圖中的數(shù)據(jù)為從起始點(diǎn) O到該點(diǎn)的距離 )，則在打 B 點(diǎn)時(shí)，重錘的速度 vB＝ ，重錘的動(dòng)能 EkB＝ ，從開(kāi)始下落到打 B 點(diǎn)時(shí)，重錘的勢(shì)能減
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