高考物理一轮复习 5.6实验：验证机械能守恒定律课件.ppt

第六讲实验 验证机械能守恒定律 回扣教材夯实基础落实考点 基础自主温故 一 实验目的利用自由落体运动验证只有作用下的物体机械能守恒 重力 机械能 mgh 误差 三 实验器材铁架台 含铁夹 学生电源 纸带 复写纸 导线 天平 也可不选 重物 打点计时器 刻度尺 四 实验步骤1 测质量 用天平测出重物的质量m 也可不测 2 安装置 按图将检查 调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上 接好电路 3 打纸带 将纸带的一端用夹子固定在重物上 另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方 后松开纸带 让重物带着纸带自由下落 更换纸带重复做3次 5次实验 先接通电源 略小于或接近 考点深析拓展延伸详讲精练 考点探究讲练 1 应尽可能控制实验条件 即应满足机械能守恒的条件 这就要求尽量减小各种阻力的影响 采取的措施有 1 安装打点计时器时 必须使两个限位孔的中线严格竖直 以减小摩擦阻力 2 应选用质量和密度较大的重物 增大重力可使阻力的影响相对减小 增大密度可以减小体积 可使空气阻力减小 1 本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力 空气阻力 打点计时器阻力 做功 故动能的增加量 ek稍小于重力势能的减少量 ep 即 ek ep 这属于系统误差 改进的办法是调整器材的安装 尽可能地减小阻力 2 本实验的另一个误差来源于长度的测量 属偶然误差 减小误差的办法是测下落距离时都从o点量起 一次将各打点对应的下落高度测量完 或者多次测量取平均值 3 打点计时器产生的误差 1 由于交流电周期的变化 引起打点时间间隔变化而产生误差 2 计数点选择不好 振动片振动不均匀 纸带放置方法不正确引起摩擦 造成实验误差 1 物体的速度可以用光电计时器测量 以减小由于测量和计算带来的误差 2 整个装置可以放在真空环境中操作 如用牛顿管和频闪照相进行验证 以消除由于空气阻力带来的误差 3 可以利用气垫导轨来设计该实验 以减小由于摩擦带来的误差 利用如图所示装置进行 验证机械能守恒定律 的实验时 需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h 某班同学利用实验得到的纸带 设计了以下四种测量方案 其中正确的是 例1 思路指导 通过实验验证机械能守恒定律 是通过实验来验证自由落体运动是否满足机械能守恒 而不能通过计算来验证 要通过实验测量物体下落到一定高度后重力势能的减少量是否等于物体动能的增加量 高度要根据实验来测量 对应的瞬时速度要通过实验测得 若在误差允许范围内重力势能的减少量等于动能的增加量 则机械能守恒定律得到验证 答案 d 如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 变式训练1 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 刻度尺b 秒表c 0 12v的直流电源d 0 12v的交流电源 2 下面列举了该实验的几个操作步骤 a 按照图示的装置安装器件 b 将打点计时器接到电源的 直流输出 上 c 用天平测出重锤的质量 d 先接通电源 后释放纸带 打出一条纸带 e 测量纸带上某些点间的距离 f 根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 其中操作不当的步骤是 3 实验中误差产生的原因有 写出两个原因 4 利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值 根据打出的纸带 选取纸带上连续的五个点a b c d e 测出各点之间的距离如图所示 使用交流电的频率为f 则计算重锤下落的加速度的表达式a 用s1 s2 s3 s4及f表示 2013年海南卷 某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律 已知打点计时器所用电源的频率为50hz 当地重力加速度大小为g 9 80m s2 实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示 纸带上的第一个点记为o 另选连续的三个点a b c进行测量 图中给出了这三个点到o点的距离ha hb和hc的值 回答下列问题 计算结果保留三位有效数字 例2 1 打点计时器打b点时 重物速度的大小vb m s 2 通过分析该同学测量的实验数据 他的实验结果是否验证了机械能守恒定律 简要说明分析的依据 思路指导 重物做自由落体运动是匀变速直线运动 则中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度 如果在误差允许范围内重力势能的减少量近似等于重物动能的增加量 即验证了机械能守恒 答案 1 3 90 2 见解析 在 验证机械能守恒定律 的实验中 已知电磁打点计时器所用的电源的频率为50hz 查得当地的重力加速度g 9 80m s2 测得所用的重物质量为1 00kg 实验中得到一条点迹清晰的纸带 如图所示 把第一个点记为o 另选连续的四个点a b c d作为测量的点 经测量知道a b c d各点到o点的距离分别为62 99cm 70 18cm 77 76cm 85 73cm 变式训练2 1 根据以上数据 可知重物由o点运动到c点 重力势能的减少量等于 j 动能的增加量等于 j 取三位有效数字 2 根据以上数据 可知重物下落时的实际加速度a m s2 a g 选填 大于 或 小于 原因是 2 cd ab 2at2 解得a 9 75m s2 g 实验中重物受到空气阻力 纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力作用 导致a g 答案 1 7 627 57 2 9 75小于重物受到空气阻力 纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力 2014年广东卷 某同学根据机械能守恒定律 设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系 例3 1 如图 a 将轻质弹簧下端固定于铁架台 在上端的托盘中依次增加砝码 测量相应的弹簧长度 部分数据如下表 由数据算得劲度系数k n m g取9 80m s2 2 取下弹簧 将其一端固定于气垫导轨左侧 如图 b 所示 调整导轨 使滑块自由滑动时 通过两个光电门的速度大小 3 用滑块压缩弹簧 记录弹簧的压缩量x 释放滑块 记录滑块脱离弹簧后的速度v 释放滑块过程中 弹簧的弹性势能转化为 4 重复 3 中的操作 得到v与x的关系如图 c 由图可知 v与x成 关系 由上述实验可得结论 对同一根弹簧 弹性势能与弹簧的 成正比 答案 1 50 2 相等 3 滑块的动能 4 正比压缩量的平方 在一次实验中 利用如图所示的器材来验证钢球从斜槽滑下机械能守恒 实验步骤如下 变式训练3 1 把斜槽固定在实验台边沿 调整斜槽出口使出口处切线水平 2 出口处拴重锤线 使出口投影于