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2019-2020年高中物理必修2验证机械能守恒定律重点与剖析
一、验证物理规律的正确性,通常有两种方法,直接验证和间接验证,直接验证是直接对结论进行验证,而间接验证并不是验证结论本身,而是验证由结论导出的一些推论本节利用直接验证和间接验证均可
二、用实验验证物理规律,首先要确定该利用什么样的物理原理,再选定用什么样的实验过程,再选择实验的器材,后设计具体的实验步骤,设计记录数据的表格,设计数据的处理方法在实际做实验之前,还应对实验方案检查优化
三、本实验验证的设计思路可以是通过直接或间接测量满足机械能守恒条件的某个物理过程中多个时刻(或多个位置处)物体的机械能是否相同,从而验证该类过程中机械能是否守恒例如可以利用自由落体运动、平抛运动、小球在竖直面内的一段圆周运动、滑块在倾斜的气垫导轨上的运动等等
四、本实验需要测量动能和重力势能,即需要测量瞬时速度和高度高度通常可以直接测量,速度则往往用间接测量的方法应好好复习刻度尺、打点计时器、气垫导轨的用法和用途,复习匀变速直线运动、平抛运动等的规律问题与探究1.试根据机械能守恒定律的内容,构思验证其正确性的实验方案.探究思路
(1)设计一个物体或物体系统的运动情景,使系统中的物体的动能和势能在相互转化的过程中无重力以外的其他力做功,或其他力做功足够少,几乎可以忽略,以满足机械能守恒的条件.
(2)选取恰当的器材和实验装置,
①能够记录物体运动高度的变化以便求出物体动能和重力势能转化过程中重力势能的变化;
②能够求出物体在运动过程中某一位置的速度,进而求出物体动能的变化.
(3)提出器材安装和实验操作的要求,保证实验过程误差尽可能地小.
(4)选取科学的处理数据的方法.典题与精析例题1请设计一个验证机械能守恒定律的实例,分析可利用自由落体运动,验证物体做自由落体运动时,机械能是否守恒实验前必须熟练匀变速直线运动和自由落体运动的规律,必须熟练掌握利用打点计时器打在纸带上的点求物体瞬时速度的方法解实验目的验证机械能守恒定律实验原理通过实验,求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程中动能的增加量,若二者相等,说明机械能守恒,从而验证机械能守恒定律实验器材打点计时器、电源、纸带、复写纸片、重物、刻度尺、带有铁夹的铁夹台、导线两条实验步骤
①如图所示,将纸带固定在重物上,让纸带穿过打点计时器;
②用手握着纸带,让重物静止地靠近打点计时器,然后接通电源,松开纸带,让重物自由落下,纸带上打下一系列点
③从几条打下点的纸带中挑选第
一、二点间距离接近2mm且点迹清楚的纸带进行测量,测出一系列点到第一个点的距离,h
1、h2……,可根据公式,计算物体在打下点
1、2……时的瞬时的速度v
1、v2……,计算相应的动能的增加值
④用刻度尺测量纸带从点O到点
1、2……之间的距离h
1、h2……,计算出相应减少的重力势能
⑤实验的注意事项a、打点计时器安装时,必须使纸带两限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力b、实验时,需保持提纸带的手不动,待接通电源,让打点计时器工作正常后才松开纸带让重锤下落,以保证第一个点是一个清晰的点c、选用纸带时应尽量挑选第
一、二点间接近2mm的纸带d、测量下落高度时,必须从起始点算起,不能搞错,为了减小测量h值的相对误差,选取的各个计数点要离起点远一些,纸带也不易过长,有效长度可在60cm-90cm之内e、因不需要知道动能和势能的具体数值,所以不需要测量重物的质量例题
2.实验室为你准备了下列主要的实验器材
(1)带孔的金属小球;
(2)光电门和光电计时器.试设计一个实验,验证机械能守恒定律.要求
(1)说明实验方法和原理以及还需要的测量工具和器材.
(2)说明实验的步骤和测量的物理量.
(3)说明数据的处理和验证的具体方法.
(4)说明误差产生的原因和消除的方法.解析
(1)用细线拴一小球,让其从某一高度由静止释放,小球在向下摆动的过程中,线的拉力与球运动方向垂直,不做功.因小球运动的速度不太大,空气阻力可以忽略,所以小球在下摆的过程中认为机械能守恒,如图5-9-2所示.设小球的质量为m,用直尺测出某过程小球下落的高度,用光电门和光电计时器测出小球通过最低点时的速度,便可验证球下摆的过程机械能是否守恒.还需要的器材有细线、刻度尺、铁架台、卡尺等.
(2)实验步骤
①用长约1m的细线将金属球悬挂在铁架台的支架上,测量出悬点到球心的距离L,并用卡尺测出小球的直径d;
②将光电门安装在悬点正下方小球恰好经过的位置,并将光电门与光电计时器相连接;
③在小球的释放点立一长直尺,记录小球释放点的高度h;
④将小球由静止释放,记录小球在最低点处穿过光电门用的时间Δt;
⑤改变小球释放的高度,重复上述实验,测出几组数据.
(3)产生误差的主要原因是小球释放点高度的测量和摆线长度的测量不准而导致小球下落的高度差Δh测量不准.改进的方法是设置一个竖直的平面,记录悬点的位置和过悬点的竖直线,让小球在竖直平面内运动,这样便于记录小球的释放位置和下落高度.
(4)数据的处理方法是
①测出由悬点到小球释放点的高度h,算出小球下落高度Δh=L-h和小球重力势能的变化ΔEp=mgL-h.
②由小球的直径d和小球通过光电门的时间算出小球在最低点时的速度v=和相应动能增量ΔEk=mv2=m
2.比较ΔEk和ΔEp的大小,便可验证此过程机械能是否守恒.点评本题旨在考查学生根据实验目的和器材构思实验方案的能力,考查学生实验操作的技能和减小测量误差的能力.图8图5-9-1图5-9-2。