高考物理总复习 第六章 第三单元 第6课 实验 验证机械能守恒定律课件.ppt

第六章功能关系和机械能 第三单元实验与探究第6课实验 验证机械能守恒定律 知能要求与高考展望 1 要求理解实验原理 掌握实验器材 方法 步骤及误差分析 2 该实验为高考命题的热点 课前自修 实验原理验证在只有 作用下的自由落体运动中 物体的重力势能和动能可以相互 但总机械能 守恒 重力 转化 重难突破 1 实验器材铁架台 带铁夹 打点计时器 重锤 带纸带夹子 纸带数条 复写纸片 导线 毫米刻度尺 学生电源 交流4 6v 2 实验原理物体做自由落体运动时 只受重力的作用 机械能守恒 即物体重力势能的减少等于动能的增加 设物体质量为m 利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度 计算出瞬时速度v 则重力势能的减少量 ep mgh 动能的增加量 ek mv2 比较 ep和 ek在误差允许的范围内是否相等 从而验证机械能守恒定律 3 实验步骤与数据处理 1 如右图所示 把打点计时器安装好 连接好电路 2 将纸带穿过打点计时器 纸带下端用夹子与重物 钩码或重锤 相连 手提纸带上端使重物静止在靠近打点计时器的地方 保持纸带竖直 3 接通电源 松开纸带 让重物自由下落 计时器就在纸带上打下一系列的点 4 更换纸带 重复实验几次 从打出的纸带中挑出第一 二点间距离接近2mm 且点迹清晰的一条纸带 如下图所示 5 在所选纸带的第一个点迹旁标上0 然后在纸带上选取五个连续点标上1 2 3 4 5 用刻度尺量出各点到o点的距离h1 h2 h3 h4 h5 6 用公式vn 计算2 3 4各点对应的瞬时速度 7 计算2 3 4各点对应的重力势能减少量mghn和动能增加量mvn2 进行比较 得出结论 4 误差分析及减小误差的做法 1 由于测长度带来的误差属于偶然误差 减小误差的方法 一是测距离都应从0点量起 二是多测几次取平均值 2 实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力 主要是打点计时器的阻力 做功 故动能的增加量 ek必定稍小于重力势能的减少量 ep 这是属于系统误差 为了减小空气阻力和纸带所受阻力的影响 选择的重物应密度较大 安装打点计时器应保持两限位孔在同一条竖直线上或选用电火花计时器 题型探究 题型一 实验器材的选择及误差分析 例1 下图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图 现有的器材为 带铁夹的铁架台 电磁打点计时器 纸带 带铁夹的重锤 天平 回答下列问题 1 为完成此实验 除了所给的器材 还需要的器材有 填入正确选项前的字母 a 米尺b 秒表c 0 12v的直流电源d 0 12v的交流电源 2 实验中误差产生的原因有 解析 1 用米尺测量长度 用交流电源供打点计时器使用 2 纸带与打点计时器之间有摩擦 用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差 计算势能变化时 选取始末两点距离过近 交流电频率不稳定 答案 1 ad 2 见解析 方法点窍 打点计时器一定使用交流电源 题型二 数据处理 例2 2013 如皋统考 在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中 质量m 1 00kg的重物自由下落 打点计时器在纸带上打出一系列点 如图所示为选取的一条符合实验要求的纸带 o为第一个点 速度恰好为零 每两个计数点之间还有四个点未画出 选连续的3个计数点a b c作为测量的点 如图所示 经测量知道a b c各点到o点的距离分别为50 50cm 86 00cm 130 50cm 已知打点计时器每隔0 02s打一次点 当地的重力加速度g取9 80m s2 根据以上数据 可计算出打b点时的速度vb m s 重物由o点运动到b点 重力势能减少了 j 动能增加了 j 根据所测量的数据 还可以求出物体实际下落的加速度为 m s2 物体在从a到b下落的过程中所受到的平均阻力为 n 计算结果都要保留3位有效数字 该阻力的来源主要有 1 2 解析 由于每两个相邻计数点之间还有4个点没有画出 所以每两个相邻计数点之间的时间间隔为0 1s 同时可求得 86 00 50 50 35 50 cm 0 3550 m 130 50 86 00 44 50 cm 0 4450 m 根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得 即vb 4 00m s 由o点运动到b点下落的距离为 sob 86 00cm 0 86m 重力势能减少了epb mgh 1 00 9 80 0 86 8 43 j 根据求得的b点速度可得重物由o点运动到b点动能增加了 ekob mv2 1 00 4 00 2 8 00 j 由 x at2可求得纸带下落的加速度a 9 00m s2 根据牛顿第二定律得 mg f ma 从a到b下落的过程中所受到的平均阻力为f mg ma 1 00 9 80 1 00 9 00 0 800 n 分析纸带受到的力有 重力 重物受到的空气阻力 纸带与限位孔之间的摩檫力 所以阻力的来源是以上除重力之外的力 答案 4 008 438 009 000 800 1 重物受到的空气阻力 2 纸带与限位孔之间的摩檫力 方法点窍 数据处理的方法 利用起始点和第n点计算 代入mghn和mvn2 如果在实验误差允许的条件下 mghn和mvn2相等 则验证了机械能守恒定律 随堂训练 有三条用打点计时器 所用交流电频率为50hz 打出的纸带a b c 其中一条是做 验证机械能守恒定律 实验时打出的 为找出该纸带 某同学在每条纸带上取了点迹清晰的 连续的四个点 用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为s1 s2 s3 请你根据下列s1 s2 s3的测量结果确定该纸带为 已知当地的重力加速度为9 8