實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律PPT課件

4 2 機(jī)械能守恒定律 9 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)原理 在自由落體運(yùn)動(dòng)中 若物體下落高度h時(shí)的速度為v 則 測(cè)定第n點(diǎn)的即時(shí)速度的方法是 測(cè)出第n點(diǎn)的相鄰的前 后兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離由下列公式算出 實(shí)驗(yàn)器材 實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶 復(fù)寫紙 重物 刻度尺 鐵架臺(tái) 帶鐵夾 學(xué)生電源等 夾子 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶 重物 鐵架臺(tái) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的作用是什么 重物選取的原則是什么 為什么 密度比較大 質(zhì)量相對(duì)比較大 可以減小因?yàn)榭諝庾枇淼恼`差 實(shí)驗(yàn)中還有哪些應(yīng)該注意的地方 計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定在鐵架臺(tái)上 計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向 鐵架臺(tái)放在桌邊 計(jì)時(shí)器距地面的距離大約是1m 這樣做的目的是什么 計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔在豎直方向上的目的是減小摩擦以減小實(shí)驗(yàn)誤差的產(chǎn)生 鐵架臺(tái)放在桌邊有利于重物下落到地面上 計(jì)時(shí)器距地面的距離較大的目的是能夠有充足的時(shí)間使重物下落 以便在紙帶上能夠打出較多的點(diǎn) 有利于進(jìn)行計(jì)算 本實(shí)驗(yàn)要不要測(cè)量物體的質(zhì)量 無需測(cè)量物體的質(zhì)量 如果實(shí)驗(yàn)要求計(jì)算勢(shì)能和動(dòng)能的具體數(shù)據(jù) 那就必須要知道物體的質(zhì)量 問題1 問題2 如何測(cè)量物體的瞬時(shí)速度 做勻變速運(yùn)動(dòng)的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度 等于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度 思考 這種方法認(rèn)為加速度為g 由于各種摩擦阻力不可避免 所以實(shí)際加速度必將小于g 這樣將得到機(jī)械能增加的結(jié)論 有阻力作用機(jī)械能應(yīng)該是減少的 故這種方法也不能用 辨析 計(jì)算物體的速度 應(yīng)該用哪種方法 第1種方法是根據(jù)機(jī)械能守恒定律得到的 而我們的目的就是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 所以不能用第2種方法認(rèn)為加速度為g 由于各種摩擦阻力不可避免 所以實(shí)際加速度必將小于g 這樣將得到機(jī)械能增加的結(jié)論 有阻力作用機(jī)械能應(yīng)該是減少的 故這種方法也不能用 問題3 紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)0 起始點(diǎn)的速度應(yīng)該為零 即打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下第一個(gè)點(diǎn)時(shí)紙帶剛開始下落 起始點(diǎn) 對(duì)于實(shí)際獲得的紙帶 如何判定紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)就是紙帶剛開始下落時(shí)打下的呢 紙帶上的頭兩個(gè)點(diǎn)間的距離應(yīng)接近2mm 用驗(yàn)證機(jī)械能守恒如何選紙帶 實(shí)驗(yàn)步驟 1 按圖把打點(diǎn)記時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上 用導(dǎo)線把打點(diǎn)記時(shí)器與學(xué)生電源連好 2 把紙帶的一端在重錘上用架子固定好 另一端穿過記時(shí)器限位孔 用手豎直提起紙帶使重錘?？吭诖螯c(diǎn)記時(shí)器附近 實(shí)驗(yàn)步驟 3 先接通電源 后松手讓重錘帶著紙帶下落 4 重復(fù)幾次 得3 5條紙帶 5 在打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰的一條紙帶 在起始點(diǎn)標(biāo)上O 以后各依次標(biāo)上1 2 3 用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)高度h1 h2 h3 第一個(gè)間隔 一定要求是2mm左右嗎 實(shí)驗(yàn)步驟 6 應(yīng)用公式計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度v1 v2 v3 7 計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的勢(shì)能減少量和動(dòng)能的增加量進(jìn)行比較 數(shù)據(jù)記錄 可不可以用圖象處理數(shù)據(jù) 圖象法處理數(shù)據(jù) 該圖象的斜率表示什么 為什么圖象通過原點(diǎn) 注意事項(xiàng) 1 實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)記時(shí)器的安裝 兩紙帶限位孔必須在同一豎直線上 以減少摩擦力 2 實(shí)驗(yàn)時(shí) 必須先接通電源 讓打點(diǎn)記時(shí)器工作正常后才松開紙帶讓重錘下落 3 打點(diǎn)記時(shí)器必須接50Hz交流低壓電源 4 必須保留紙帶上打出點(diǎn)跡的第一點(diǎn) 且第1 2點(diǎn)間距約為2mm的紙帶誤差小 5 實(shí)驗(yàn)中 只要驗(yàn)證gh是否等于v2 2即可 不用測(cè)重錘的質(zhì)量 誤差分析 由于重錘克服阻力作功 所以動(dòng)能增加量略小于重力勢(shì)能減少量 誤差分析 1 偶然誤差 測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)會(huì)帶來誤差 2 系統(tǒng)誤差 實(shí)驗(yàn)中重物和紙帶下落過程中要克服阻力 主要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力 做功 故動(dòng)能的增加量 EK必定稍小于勢(shì)能的減少量 EP 1 用落體法 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 下面哪些測(cè)量工具是必需的 A 天平B 彈簧秤C 刻度尺D 秒表 C 2 用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 關(guān)于實(shí)驗(yàn)誤差的下列說法正確的是 重錘質(zhì)量稱量不準(zhǔn) 會(huì)造成較大誤差 重錘質(zhì)量選用大些 有利于減小誤差 重錘質(zhì)量選用小些 有利于減小誤差 釋放紙帶與接通電源開始打點(diǎn)不同步會(huì)造成較大誤差A(yù) B C D B 3 在做 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)時(shí) 以下說法正確的是 A 選用重錘時(shí) 重的比輕的好B 選用重錘時(shí) 體積小的比體積大的好C 選用重錘后要稱質(zhì)量D 重錘所受重力要遠(yuǎn)大于它所受的空氣阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力 BD 9 某同學(xué)做驗(yàn)證 機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn) 不慎將一條選擇好的紙帶的前面部分破壞了 剩下的一段紙帶上的各個(gè)點(diǎn)間的距離如圖所示 已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz 重力加速度g 9 8m s2 利用這段紙帶說明重錘通過2和5兩點(diǎn)時(shí)機(jī)械能守恒 v2 cm s 1 50m s v5 cm s 2 08m s2和5兩點(diǎn)間距離h25 3 2 3 6 4 0 cm 0 108m故 Ep mgh25 m 9 8 0 108 m 1 06J Ek mv52 mv22 m 2 082 1 502 m 1 04J比較可得 Ep和 Ek近似相等 重錘減少的勢(shì)能近似等于重錘增加的動(dòng)能 可以認(rèn)為機(jī)械能守恒定律成立 例3驗(yàn)證 機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)采用重物自由下落的方法 1 用公式mv2 mgh時(shí) 對(duì)紙帶上起點(diǎn)的要求是 為此 所選擇的紙帶第一 二兩點(diǎn)間距應(yīng)接近 2 若實(shí)驗(yàn)中所用重錘質(zhì)量m 1kg 打點(diǎn)時(shí)間間隔為0 02s 則記錄B點(diǎn)時(shí) 重錘的速度vB 重錘動(dòng)能EkB 從開始下落起至B點(diǎn) 重錘的重力勢(shì)能減少量是Ep 因此可得出的結(jié)論是 2 00mm 初速度為零 0 59m s 0 17J 0 17J 在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi) 重錘動(dòng)能的增加等于重錘重力勢(shì)能的減少 3 根據(jù)紙帶算出相關(guān)各點(diǎn)的速度v 量出下落距離h 則以為縱軸 以h為橫軸 畫出的圖像應(yīng)是圖中的 圖線的斜率表示 C g 13 11分 在利用重錘下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中 1 產(chǎn)生誤差的主要原因是 A 重物下落的實(shí)際距離大于測(cè)量值B 重物下落的實(shí)際距離小于測(cè)量值C 重物的實(shí)際末速度v大于gtD 重物的實(shí)際末速度v小于gt 2 甲 乙 丙三位同學(xué)分別得到A B C三條紙帶 它們的前兩個(gè)點(diǎn)間的距離分別是1 0mm 1 9mm 4 0mm 那么一定存在操作誤差的同學(xué)是 錯(cuò)誤的原因是 先釋放了重物 后接通電源 D 丙 3 有一條紙帶 各點(diǎn)距A點(diǎn)的距離分別為d1 d2 d3 如圖所示 各相鄰點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T 當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間 要用它來驗(yàn)證B和G兩點(diǎn)處機(jī)械能是否守恒 可量得BG間的距離h d6 d1 B點(diǎn)的速度表達(dá)式為vB G點(diǎn)的速度表達(dá)式為vG 若B點(diǎn)和G點(diǎn)的速度vB vG和BG間的距離h均為已知量 則當(dāng) 時(shí) 機(jī)械能守恒 2gh d2 2T vG2 vB2 d7 d5 2T 4 用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 有下列操作 A 用刻度尺測(cè)出選定的0到l 2 3 點(diǎn)之間的距離 查出當(dāng)?shù)氐膅值B 在支架上豎直架好打點(diǎn)計(jì)時(shí)器C 測(cè)出重錘的質(zhì)量D 算出各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的勢(shì)能和動(dòng)能 并通過比較得出結(jié)論E 提著紙帶 使重錘靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方F 把電池接到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的接線柱上G 將50Hz低壓電源接到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的接線柱上H 接通電源再松開紙帶請(qǐng)你選出其中正確的操作步驟 并排出合理的操作順序 用字母填寫 BGEHAD 5 在 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 有關(guān)重錘的質(zhì)量 下列說法中正確的是 A 應(yīng)選用質(zhì)量較大的重錘 使重錘和紙帶所受的重力遠(yuǎn)大于它們所受的阻力B 應(yīng)選用質(zhì)量較小的重錘 使重錘的慣性小一些 下落時(shí)更接近于自由落體運(yùn)動(dòng)C 不需要稱量重錘的質(zhì)量D 必須稱量重錘的質(zhì)量 而且要估讀到0 0lg AC 6 用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn) 有如下可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺(tái) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 復(fù)寫紙 紙帶 低壓直流電源 天平 秒表 導(dǎo)線 開關(guān) 其中不必要的器材是 缺少的器材是 低壓直流電源 天平 秒表 低壓交流電源 重錘 刻度尺 7 在利用重錘自由下落 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 在打出紙帶并測(cè)量出第n點(diǎn)到第l點(diǎn)的距離后 用公式vn ngT T為打點(diǎn)時(shí)間間隔 來計(jì)算打第n點(diǎn)時(shí)重錘的速度 然后計(jì)算重錘動(dòng)能的增量 Ek和重錘重力勢(shì)能的減少量 Ep 計(jì)算時(shí)經(jīng)常出現(xiàn) Ek Ep的結(jié)果 試分析其中的原因 7 本題可從如下兩方面進(jìn)行分析 1 由于重錘和紙帶受到阻力 它們下落的實(shí)際加速度a將小于重力加速度 而利用重力加速度g來計(jì)算速度vn ngT 將使得vn值比真實(shí)值大 2 在先接通電源使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作 再讓紙帶從靜止釋放的步驟中 常常容易造成紙帶上記錄下來的最初兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔小于0 02s 計(jì)算中仍按0 02s計(jì)算 也將使得速度值vn ngT偏大 因此 用此種方法計(jì)算vn值不準(zhǔn)確 10 在 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的放置要求是 開始打點(diǎn)記錄時(shí) 應(yīng) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器底板平面要豎直夾穩(wěn) 先打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 然后釋放重錘 讓它帶著紙帶自由下落 先打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 然后釋放重錘 讓它帶著紙帶自由下落 11 某實(shí)驗(yàn)小組在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)中 1 選出一條紙帶如圖所示 其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn) A B C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn) 測(cè)得h1 12 01cm h2 19 15cm h3 27 86cm 已知重錘質(zhì)量為0 5kg 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電流頻率為50Hz 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 9 80m s2 由以上數(shù)據(jù)算出 當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了J 此時(shí)重錘的動(dòng)能比開始下落時(shí)增加了J 計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 從計(jì)算結(jié)果可知 該實(shí)驗(yàn)小組在做實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)問題的可能原因是 實(shí)驗(yàn)時(shí)先釋放紙帶 然后再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 0 94 0 98 2 在上圖所示的紙帶上 某同學(xué)又選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到第一個(gè)點(diǎn)O的距離h 算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度v 并以h為橫軸 以v2 2為縱軸畫出的圖線應(yīng)是如下圖中的 圖線的斜率表示 D 重力加速度g OA 12 41cm OB 18 90cm OC 27 06cm 在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn) 重錘的質(zhì)量為1 00kg 請(qǐng)根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出 當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了 J 重錘的動(dòng)能比開始下落時(shí)增加了 J 結(jié)果均保留三位有效數(shù)字 解 1 85 1 68 2 有4條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 所用交流電頻率為50Hz 打出的紙帶A B C D 其中一條是做 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的 為找出該紙帶 某同學(xué)在每條紙帶上選取了點(diǎn)跡清晰的 連續(xù)的4個(gè)點(diǎn) 用刻度尺測(cè)出相鄰兩個(gè)點(diǎn)間距離依次為s1 s2 s3 請(qǐng)你根據(jù)下列s1 s2 s3的測(cè)量結(jié)果確定該紙帶為 已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹? 791m s2 A 61 0mm65 8mm70 7mmB 41 2mm45 1mm53 0mmC 49 6mm53 5mm57 3mmD 60 5mm61 0mm60 6mm C 21 利用圖示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí) 需要測(cè)量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h 某班同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶 設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案 a 用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h 并測(cè)出下落時(shí)間t 通過v gt打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶夾子接電源重物計(jì)算出瞬時(shí)速度v b 用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h 并通過計(jì)算出瞬時(shí)速度v d 22 4分 如圖為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 現(xiàn)有的器材為 帶鐵夾的鐵架臺(tái) 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶 帶鐵夾的重錘 天平 回答下列問題 1 為完成此實(shí)驗(yàn) 除了所給的器材 還需要的器材有 填入正確選項(xiàng)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(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有 寫出兩個(gè)原因 紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦 用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差 計(jì)算勢(shì)能變化時(shí) 選取始末兩點(diǎn)距離過近 交流電頻率不穩(wěn)定 AD 12 某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖7所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)由靜止釋放后機(jī)械能守恒 實(shí)驗(yàn)前已經(jīng)調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平 且選定滑塊從靜止開始運(yùn)動(dòng)的過程進(jìn)行測(cè)量 1 用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度d 0 48cm 實(shí)驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放 由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門的時(shí)間 t 1 2 10 2s 則滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度為 m s 0 4 2 已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間 鉤碼的質(zhì)量m 滑塊的質(zhì)量M 在本實(shí)驗(yàn)中還需要直接測(cè)量的物理量有 在橫線上填入選項(xiàng)前的編號(hào) 光電門到左端定滑輪的距離x 滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s 氣墊導(dǎo)軌的總長(zhǎng)l 3 本實(shí)驗(yàn)通過比較和是否相等 用直接測(cè)出的物理量符號(hào)寫出表達(dá)式 重力加速度為g 說明系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒 4 請(qǐng)你估計(jì)減少的重力勢(shì)能和增加的動(dòng)能哪個(gè)可能偏小 動(dòng)能的增量可能偏小 mgs 13 如圖所示 是用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置 g取9 80m s2 1 某同學(xué)從完成的實(shí)驗(yàn)紙帶中選出一條紙帶如圖所示 其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn) A B C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以50Hz的交流電 用最小刻度值為1mm的刻度尺測(cè)得 21 1 在 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50Hz的交流電源上 圖1為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶 從起始點(diǎn)O開始 將此后連續(xù)打出的8個(gè)點(diǎn)依次標(biāo)為A B C D 已知重錘的質(zhì)量為mkg 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹? 80m s2 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打G點(diǎn)時(shí) 重錘下落的速度為m s 從打O點(diǎn)到打G點(diǎn)的過程中 重錘重力勢(shì)能的減少量為J 重錘動(dòng)能的增加量為J 解 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打G點(diǎn)時(shí) 重錘下落的速度為m s 從打O點(diǎn)到打G點(diǎn)的過程中 重錘重力勢(shì)能的減少量為J 重錘動(dòng)能的增加量為J 0 845m 1 30 0 872m 34 1 光電計(jì)時(shí)器結(jié)構(gòu)如圖a所示 當(dāng)有物體從M N間通過時(shí) 光電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間 若知物體的長(zhǎng)度 就可知道物體通過光電門的速度 如圖b E F為上下兩個(gè)光電門 現(xiàn)要利用此裝置探究機(jī)械能守恒定律 讀出如圖c游標(biāo)卡尺測(cè)量的物塊A厚度為cm 讓物塊A從某一位置下落 通過測(cè)量并計(jì)算得出它通過光電門E和F的速度分別為v1和v2 已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間 若要探究物塊在EF之間運(yùn)動(dòng)的過程機(jī)械能是否守恒 還需測(cè)量的物理量為 若和在誤