高考物理一轮复习 55 实验 验证机械能守恒定律课件 新人教版.ppt

二 实验原理1 在只有重力做功的自由落体运动中 物体的重力势能和动能相互转化 但总的机械能保持不变 若物体某时刻瞬时速度为v 下落高度为h 则重力势能的减少量为mgh 动能的增加量为 1 2 mv2 看它们在实验误差允许的范围内是否相等 若相等则验证了机械能守恒定律 2 计算打第n个点速度的方法 测出第n个点与相邻前后点间距离xn和xn 1 由公式vn xn xn 1 2t 或vn hn 1 hn 1 2t 算出 如图所示 一 实验目的验证机械能守恒定律 三 实验器材铁架台 含铁夹 计时器 电火花计时器或电磁打点计时器 学生电源 纸带及复写纸片 导线 毫米刻度尺 重物 带纸带夹 学案5实验 二 验证机械能守恒定律 2 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 先接通电源 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 3 选纸带 分两种情况说明 1 应选点迹清晰 且1 2两点间距离小于或接近2mm的纸带 若1 2两点间的距离大于2mm 这是由于先释放纸带 后接通电源造成的 这样 第1个点就不是运动的起始点了 这样的纸带不能选 2 用 1 2 mvb2 1 2 mva2 mg h验证时 由于重力势能的相对性 处理纸带时 选择适当的点为基准点 这样纸带上打出的第1 2两点间的距离是否为2mm就无关紧要了 所以只要后面的点迹清晰就可选用 4 数据处理 在起始点标上0 在以后各点依次标上1 2 3 用刻度尺测出对应下落高度h1 h2 h3 利用公式vn hn 1 hn 1 2t计算出点1 点2 点3 的瞬时速度v1 v2 v3 5 验证方法一 利用起始点和第n点计算 代入ghn和 1 2 vn2 如果在实验误差允许的条件下ghn 1 2 vn2 则机械能守恒定律是正确的 1 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 四 实验步骤 方法二 任取两点计算 1 任取两点a b测出hab 算出ghab 2 算出 1 2 vb2 1 2 va2的值 3 若在实验误差允许的条件下ghab 1 2 vb2 1 2 va2 则机械能守恒定律是正确的 方法三 图象法 从纸带上选取多个点 测量从第一点到其余各点的下落高度h 并计算各点速度的平方v2 然后以 1 2 v2为纵轴 以h为横轴 根据实验数据绘出 1 2 v2 h图线 若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线 则验证了机械能守恒 五 注意事项1 打点计时器要稳定地固定在铁架台上 打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向 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 3 实验中 需保持提纸带的手不动 且保证纸带竖直 待接通电源 打点计时器工作稳定后 再松开纸带 4 测量下落高度时 为了减小测量值h的相对误差 选取的各个计数点要离起始点远一些 纸带也不易过长 有效长度可在60cm 80cm之间 5 不需测出物体质量 只需验证 1 2 vn2 ghn即可 6 速度不能用vn gtn或vn 计算 因为只要认为加速度为g 机械能当然守恒 即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律 况且用vn gtn计算出的速度比实际值大 会得出机械能增加的结论 而因为摩擦阻力的影响 机械能应该减小 所以速度应从纸带上直接测量计算 同样的道理 重物下落的高度h 也只能用刻度尺直接测量 而不能用hn 1 2 gtn2或hn vn2 2g 计算得到 六 误差分析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0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来减小误差 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 读数点选择不好 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 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 考点1实验原理与误差 例1 2010年高考新课标理综卷 右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 写出两个原因 解析 1 用a项米尺测量长度 用d项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 ad 1 关于验证机械能守恒定律实验 下面列出一些实验步骤 a 用天平称出重物和夹子的质量b 将重物系在夹子上c 将纸带穿过打点计时器 上端用手提着 下端夹在系有重物的夹子上 再把纸带向上拉 让夹子静止靠近打点计时器处d 把打点计时器接在学生电源的交流输出端 把输出电压调至6v 电源暂不接通 e 把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上 使两个限位孔在同一竖直线上f 在纸带上选取几个点 进行测量并记录数据g 用秒表测出重物下落时间h 接通电源 待打点计时器工作稳定后释放纸带i 切断电源j 更换纸带 重新进行两次实验k 在三条纸带中 选出较好的一条l 进行计算 得出结论 完成实验报告m 拆下导线 整理器材对于本实验以上步骤中 不必要的有 正确步骤的合理顺序是 填写代表字母 ag edbchijkflm 考点2实验数据的处理 例2 2010年高考海南物理卷 利用气垫导轨验证机械能守恒定律 实验装置示意图如图甲所示 1 将气垫导轨放在水平桌面上 桌面高度不低于1m 将导轨调至水平 用游标卡尺测量挡光条的宽度l 结果如图乙所示 由此读出l mm 由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x cm 将滑块移至光电门1左侧某处 待砝码静止不动时 释放滑块 要求砝码落地前挡光条已通过光电门2 从数字计数器 图甲中未画出 上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间 t1和 t2 用天平称出滑块和挡光条的总质量m 再称出托盘和砝码的总质量m 图甲 图乙 2 用表示直接测量的量的字母写出下列所示物理量的表达式 滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1 和v2 当滑块通过光电门1和光电门2时 系统 包括滑块 挡光条 托盘和砝码 的总动能分别为ek1 和ek2 在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中 系统势能的减少 ep 重力加速度为g 3 如果 ep 则可认为验证了机械能守恒定律 答案 1 9 30 60 00 答案在59 96 60 04之间的 也算对 2 l t1l t2 1 2 m m l t1 2 1 2 m m l t2 2 mgx 3 ek2 ek1 解析 由于挡光条宽度很小 因此将挡光条通过光电门时的平均速度当作瞬时速度 2 某同学做 验证机械能守恒定律 实验时不慎将一条选择好的纸带的前面一部分破坏了 测出剩下的一段纸带上的各个点间的距离如图所示 已知打点计时器的工作频率是50hz 重力加速度g 9 8m s2 1 利用这段纸带说明重锤通过2 5两点时机械能守恒 2 分析说明为什么得到的结果是重力势能减少量 ep稍大于重锤动能的增加量 ek 答案 1 ep mgh25 1