高考物理一輪總復習 實驗 驗證機械能守恒定律課件 新人教版.ppt

實驗六驗證機械能守恒定律 實驗過程 一 實驗步驟1 安裝置按圖示將調(diào)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 選紙帶分兩種情況說明 1 如果根據(jù)驗證時 應選點跡清晰 打點成一條直線 且1 2兩點間距離小于或接近2mm的紙帶 2 如果根據(jù)驗證時 由于重力勢能的相對性 處理紙帶時 選擇適當?shù)狞c為基準點即可 這樣紙帶上打出的第1 2兩點間的距離是否為2mm就無關緊要了 只要后面的點跡清晰就可選用 二 數(shù)據(jù)處理方法一 利用起始點和第n點計算 代入mghn和如果在實驗誤差允許的條件下mghn和相等 則驗證了機械能守恒定律 方法二 任取兩點計算 1 任取兩點a b測出hab 算出mghab 2 算出的值 3 在實驗誤差允許的條件下 若成立 則驗證了機械能守恒定律 方法三 采用圖像法 從紙帶上選取多個點 測量從第一點到其余各點的下落高度h 并計算各點速度的平方v2 然后以為縱軸 以h為橫軸 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出圖線 若在誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條過原點且斜率為g的直線 則驗證了機械能守恒定律 誤差分析 注意事項 1 安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn) 使其兩限位孔在同一豎直線上以減小摩擦阻力 2 重物應選用質(zhì)量和密度較大 體積較小的物體以減小空氣阻力的影響 3 應先接通電源 讓打點計時器正常工作后 再松開紙帶讓重物下落 4 紙帶長度選用60cm左右為宜 應選用點跡清晰的紙帶進行測量 5 速度不能用vn gtn或計算 因為只要認為加速度為g 機械能當然守恒 即相當于用機械能守恒定律驗證機械能守恒定律 況且用vn gtn計算出的速度比實際值大 會得出機械能增加的結(jié)論 而因為摩擦阻力的影響 機械能應該減小 所以速度應從紙帶上直接測量計算 同樣的道理 重物下落的高度h 也只能用毫米刻度尺直接測量 而不能用或計算得到 熱點1實驗數(shù)據(jù)的處理 典例1 在 驗證機械能守恒定律 實驗中 實驗裝置如圖所示 1 根據(jù)打出的紙帶 選取紙帶上打出的連續(xù)五個點a b c d e 測出a點距起點o的距離為x0 點a c間的距離為x1 點c e間的距離為x2 交流電的周期為t 當?shù)刂亓铀俣葹間 則根據(jù)這些條件計算打c點時的速度表達式為vc 用x1 x2和t表示 2 根據(jù)實驗原理 只要驗證表達式 用g x0 x1 x2和t表示 成立 就驗證了機械能守恒定律 3 實驗中發(fā)現(xiàn) 重物減少的重力勢能總是大于重物增加的動能 其原因主要是在重物下落過程中存在著阻力的作用 我們可以通過該實驗裝置測定該阻力的大小 則還需要測量的物理量是 寫出名稱 標準解答 1 交流電的周期為t 打點間隔等于t a c兩點間的時間間隔為t0 2t 同理c e兩點間的時間間隔也為t0 2t 由公式 2 從起點o到點c過程中 重力做的功wg mg x0 x1 重力勢能ep就減少了mg x0 x1 動能增加了即只要驗證了減少的重力勢能等于增加的動能就驗證了機械能守恒 即 3 由動能定理得 要測定阻力f還需測定重物質(zhì)量 答案 1 2 3 重物質(zhì)量 熱點2實驗原理的拓展創(chuàng)新 典例2 現(xiàn)要通過實驗驗證機械能守恒定律 實驗裝置如圖所示 水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌 導軌上a點處有一帶長方形遮光片的滑塊 其總質(zhì)量為m 左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細繩與一質(zhì)量為m的砝碼相連 遮光片兩條長邊與導軌垂直 導軌上b點有一光電門 可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t 用d表示a點到導軌底端c點的距離 h表示a與c的高度差 b表示遮光片的寬度 s表示a b兩點的距離 將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過b點時的瞬時速度 用g表示重力加速度 完成下列填空和作圖 1 若將滑塊自a點由靜止釋放 則在滑塊從a運動至b的過程中 滑塊 遮光片與砝碼組成的系統(tǒng)重力勢能的減小量可表示為 動能的增加量可表示為 若在運動過程中機械能守恒 與s的關系式為 2 多次改變光電門的位置 每次均令滑塊自同一點 a點 下滑 測量相應的s與t值 結(jié)果如表所示 以s為橫坐標 為縱坐標 在坐標紙中描出第1和第5個數(shù)據(jù)點 根據(jù)5個數(shù)據(jù)點作直線 求得該直線的斜率k 104m 1 s 2 保留3位有效數(shù)字 由測得的h d b m和m數(shù)值可以計算出直線的斜率k0 將k和k0進行比較 若其差值在實驗允許的范圍內(nèi) 則可認為此實驗驗證了機械能守恒定律 標準解答 1 滑塊和遮光片的重力勢能減少 砝碼的重力勢能增加 所以系統(tǒng)的重力勢能減少的量為滑塊運動到光電門時的速度為所以系統(tǒng)的動能增加量為 若機械能守恒 則有解得 2 如圖所示 由圖像可求得斜率答案 1 2 見標準解答圖2 43 1 在驗證機械能守恒定律的實驗中 沒有必要進行的操作是 a 用天平測重物的質(zhì)量b 根據(jù)紙帶計算重物下落的時間c 用打點計時器記錄重物下落的信息d 用紙帶記錄 測量重物下落的高度 解析 選a 從驗證機械能守恒定律的兩種處理方法來看 沒有必要測出重物的質(zhì)量 只需驗證或者即可 故a不必要 重物下落的時間可由紙帶上的打點間隔計算 所以b是必要的 c和d兩個選項的操作是必要的 故本題選a 2 用如圖實驗裝置驗證m1 m2組成的系統(tǒng)機械能守恒 m2從高處由靜止開始下落 m1上拖著的紙帶打出一系列的點 對紙帶上的點跡進行測量 即可驗證機械能守恒定律 圖中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(shù)點間還有4個點 圖中未標出 計數(shù)點間的距離如圖所示 已知m1 50g m2 150g 則 g取9 8m s2 所有結(jié)果均保留三位有效數(shù)字 1 在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v5 m s 2 在打點0 5過程中系統(tǒng)動能的增量 ek j 系統(tǒng)勢能的減少量 ep j 由此得出的結(jié)論是 3 若某同學作出圖像如圖 則當?shù)氐膶嶋H重力加速度g m s2 解析 1 2 在打點0 5過程中系統(tǒng)動能的增量系統(tǒng)勢能的減少量 ep m2gh05 m1gh05 0 588j由此得出 在誤差允許的范圍內(nèi) m1 m2組成的系統(tǒng)機械能守恒 3 由可知 圖像的斜率為當?shù)刂亓铀俣萭 由題圖可知 答案 1 2 40 2 0 5760 588在誤差允許的范圍內(nèi) m1 m2組成的系統(tǒng)機械能守恒 3 9 70 3 2013 海南高考 某同學用圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律 已知打點計時器所用電源的頻率為50hz 當?shù)刂亓铀俣却笮間 9 80m s2 實驗中該同學得到的一條點跡清晰的完整紙帶如圖乙所示 紙帶上的第一個點記為o 另選連續(xù)的三個點a b c進行測量 圖中給出了這三個點到o點的距離ha hb和hc的值 回答下列問題 計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字 1 打點計時器打b點時 重物速度的大小vb m s 2 通過分析該同學測量的實驗數(shù)據(jù) 他的實驗結(jié)果是否驗證了機械能守恒定律 簡要說明分析的依據(jù) 解析 1 打點計時器打b點時重物速度的大小 2 ghb 7 70 m s 2 因為近似驗證了機械能守恒定律 或由得出其他合理的結(jié)論也可以 答案 1 3 90 2 見解析 4 如圖為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖 現(xiàn)有的器材為 帶鐵夾的鐵架臺 電磁打點計時器 紙帶 帶鐵夾的重錘 天平 回答下列問題 1 為完成此實驗 除了所給的器材 還需要的器材有 填入正確選項前的字母 a 米尺b 秒表c 0 12v的直流電源d 0 12v的交流電源 2 實驗中誤差產(chǎn)生的原因有 寫出兩個原因 解析 1 用a