高考物理一轮复习 第5章 第6课时 实验 验证机械能守恒定律课件 粤教版.ppt

本册主编广东实验中学谢春 2015年五羊高考 高考总复习物理 课件 2015年五羊高考物理复习 第6课时实验验证机械能守恒定律 1 实验目的 1 实验处理纸带方法的迁移运用 2 验证机械能守恒定律 2 实验原理当物体自由下落时 只有重力做功 物体的重力势能和动能互相转化 机械能守恒 若某一时刻物体下落的瞬时速度为v 下落高度为h 则应有 借助打点计时器 测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v 即可验证机械能是否守恒 实验装置如图6 1所示 测定第n点的瞬时速度的方法是 测出第n点的相邻前 后两段相等时间t内下落的距离sn和sn 1 由公vn 或由vn 算出 如图6 2所示 课前自主解读 3 实验器材铁架台 带铁夹 打点计时器 导线 带铁夹的重缍 纸带 4 实验步骤 1 按如图6 1装置把打点计时器安装在铁架台上 用导线把打点计时器与电压为 的交流电源连接好 2 把纸带的一端在重锤上用夹子固定好 另一端穿过计时器限位孔 用手竖直提起纸带使重锤停靠在 附近 3 先 再 让重锤自由下落 4 重复几次 得到3 5条打好点的纸带 5 在打好点的纸带中挑选第一 二两点间的距离接近 且点迹清晰一条纸带 在起始点标上0 以后各 依次标上1 2 3 用刻度尺测出对应下落高度h1 h2 h3 课前自主解读 学生电源 2mm 松开纸带 接通电源 打点计时器 4 6v低压交流 刻度尺 课前自主解读 6 应用公式vn 计算各点对应的即时速度v1 v2 v3 7 计算各点对应的势能减少量mghn和动能的增加量进行比较 5 注意事项 1 安装打点计时器时 必须使打点计时器的两限位孔 以减小纸带受到的摩擦阻力 2 选用纸带时应尽量挑第一 二点间距 的纸带 3 因不需要知道动能和势能的具体数值 所以 需要 或 不需要 测量重物的质量 同一竖直线上 不需要 接近2mm 课堂主题互动 主题一 实验原理与步骤 例题1 运用打点计时器 在重物在自由下落的情况下 验证机械能守恒定律 的实验中 电源频率为50hz 依次打出的点为0 1 2 3 4 则 1 在图中两条纸带中应选取的纸带是 因为 2 如取从起点0到第3点之间来验证 必须测量和计算出的物理量为 验证的表达式为 甲 因为物体自由下落时第1 2两点间的距离应接近2mm 测量点0和3之间的距离h03 点2和4之间的距离h24 变式1 在 验证机械能守恒定律 的实验中 有同学按以下步骤进行实验操作 a 用天平称出重锤和夹子的质量 b 固定好打点计时器 将连着重锤的纸带穿过限位孔 用手提住 且让手尽量靠近打点计时器 c 松开纸带 接通电源 开始打点 并如此重复多次 以得到几条打过点的纸带 d 取下纸带 挑选点迹清晰的纸带 记下起始点o 在距离o点较近处选择几个连续计数点 或计时点 并计算出各点的速度值 e 测出各点到o点的距离 即得到重锤下落高度hn f 计算出mghn和mvn2 2 看两者是否相等 在以上步骤中 不必要的步骤是 有错误或不妥的步骤是 更正情况是 a b c d f b中 让手尽量靠近 应改为 让重锤尽量靠近打点计时器 c中应先接通电源 后松开纸带 d中应将 距离o点较近处 改为 距离o点较远处 主题一 实验原理与步骤 主题二 实验数据处理和误差分析 例题2 某学生利用 验证机械能守恒定律 的实验装置来测量一个质量m 50g的钩码下落时的加速度值 以测量当地重力加速度 该学生将钩码固定在纸带下端 让纸带穿过打点计时器 实验装置如图 甲 所示 1 以下是该同学正确的实验操作和计算过程 请填写其中的空白部分 取下纸带 取其中的一段标出计数点如图 乙 所示 测出相邻计数点间的距离分别为s1 2 60cm s2 4 14cm s3 5 69cm s4 7 22cm s5 8 75cm s6 10 29cm 已知打点计时器的打点间隔t 0 02s 则计算钩码下落加速度的表达式为a 代入数据 可得加速度a m s2 计算结果保留三位有效数字 2 该同学从实验结果发现 钩码下落时的加速度测量值比实际的重力加速度小 为了有效地缩小该实验测得的加速度与实际的重力加速度之差 请你提出一个有效的改进方法 图 乙 图 甲 按照实验的要求 应先接通电源 再释放纸带 更换纸带 重复以上操作 9 60 将质量较小的钩码换成质量较大的重锤 获得5条纸带 从中选取较理想的纸带 变式2 2009 广州 一模 验证机械能守恒定律 的实验可以采用如图所示的 甲 或 乙 方案来进行 1 比较这两种方案 填 甲 或 乙 方案好些 理由是 2 该实验中得到的一条纸带 测得每两个计数点间的距离如图所示 已知每两个计数点间的时间间隔t 0 1s 物体运动的加速度a 该纸带是采用 填 甲 或 乙 实验方案得到的 简要写出判断依据 甲 因为这个方案摩擦阻力小 误差小 操作方便 实验器材少 4 8m s2 乙 因为物体运动的加速度比重力加速度小 主题二 实验数据处理和误差分析 主题三 根据不同实验器材变更验证机械能守恒的方案 例题3 如图所示 某同学用验证 碰撞中的动量守恒 的器材来 验证机械能守恒 的实验 他的步骤如下 把斜槽固定在实验桌边 调整斜槽出口 使出口处切线水平 在出口处拴重锤线 使出口处的竖直投影落于水平地面o点 并在地面上铺复写纸 白纸 从斜槽某一高度处同一点a从静止开始释放小球多次 找出其平均落地点p 1 若斜槽厚度不计 应测量的数据有 2 根据 1 中的数据字母写出 若小球机械能守恒 则需验证的表达式是 释放小球位置a与桌面高度差h1 斜槽末端离地面高度h2 小球平均落地点离斜槽末端的水平距离x x2 4h1h2 变式3 与打点计时器一样 光电计时器也是一种研究物体运动情况是常用的计时仪器 如图 甲 所示 a b分别是光电门的激光发射和接收装置 现利用如图 乙 所示的装置验证 机械能守恒定律 方法是 在滑块上安装一遮光板 把滑块放在水平放置的气垫导轨上 通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连 连接好1 2两个光电门 在图示位置释放滑块后 光电计时器记录下滑块上的遮光板先后通过两个光电门的时间分别为 t1 t2 已知滑块 含遮光板 质量为m 钩码质量为m 两光电门间距为s 遮光板宽度为l l远远小于s 当地的重力加速度为g 主题三 根据不同实验器材变更验证机械能守恒的方案 变式3 1 计算滑块上的遮光板先后通过两个光电门时的瞬时速度的表达式 v1 v2 用题目中给定的字母表示 2 本实验中验证机械能守恒的表达式为 用题目中给定的字母表示 主题三 根据不同实验器材变更验证机械能守恒的方案 课外演练 1 在 验证机械能守恒定律 的实验中 下列说法错误的是 a 实验时 应先接通电源 再松开纸带使重锤自由下落b 应选用点迹清晰且第一 二两点间的距离约为2mm的纸带进行测量c 必须用天平称出重锤的质量 以便计算重锤的重力势能和动能d 为了减小误差 重锤质量应大一些2 在 验证机械能守恒定律 的实验中 对于自由下落的重物 下列选择条件中可取的是 a 选用重物时 重的比轻的好b 选用重物时 体积小的比大的好c 重物所受重力应与它所受的空气阻力和纸带所受来自打点计时器的阻力平衡d 重物所受重力应远大于它所受的空气阻力和纸带所受来自打点计时器的阻力 c abd 3 某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤 a 用天平称出重物的质量 b 把纸带固定到重物上 并把纸带穿过打点计时器 提升到一定高度 c 拆掉导线 整理仪器 d 断开电源 调换纸带 重做两次 e 用秒表测出重物下落的时间 f 用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离 记录数据 并计算出结果 得出结论 g 将打点计时器接到低压交流电源上 h 接通电源 释放纸带 i 将打点计时器接到低压直流电源上 j 将打点计时器固定到桌边的铁架台上 上述实验步骤中错误的是 可有可无的是 其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是 均只需填步骤的代号 课外演练 e i a j g b h d c f 4 在 验证机械能守恒定律 的实验中 打点计时器所用电源频率为50hz 当地重力加速度的值为9 80m s2 测得所用重物的质量为1 00kg 甲 乙 丙三学生分别用同一装置打出三条纸带 量出各纸带上第1 2两点间的距离分别为0 18cm 0 19cm和0 25cm 可见其中肯定有一个学生在操作上有错误 错误操作的同学是 原因是 若按实验要求正确地选出纸带进行测量 量得连续三点a b c到第一个点的距离如图6 1所示 相邻计数点时间间隔为0 02s 那么 课外演练 丙 该同学先放开纸带后接通的电源 1 纸带的 端与重物相连 2 打点计时器打下计数点b时 物体的速度vb 3 从起点o到打下计数点b的过程中重力势能减少量是 ep 此过程中物体动能的增加量 ek 4 通过计算 数值上 ep ek 填 这是因为 课外演练 左 0 98m s 0 49j 0 48j 实验中存在阻力不可避免 5 在用落体法验证机械能守恒定律时 某同学按照正确的操作选得纸带如图6 2所示 其中o是起始点 a b c是打点计时器连续打下的3个点 该同学用毫米刻度尺测量o到a b c各点的距离 并记录在图6 2中 单位cm 1 这三个数据中不符合有效数字读数要求的是 应记作 cm 2 该同学用重锤在ob段的运动来验证机械能守恒 已知当地的重力加速度g 9 80m s2 他用ac段的平均速度大小表示b点对应的物 课外演练 oc 15 70 体的瞬时速度大小 则该段重锤重力势能的减少量为 而动能的增加量为 均保留3位有效数字 重锤质量用m表示 这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量 动能的增加量 原因是 3 另一位同学根据同一条纸带 同一组数据 也用重锤在ob段的运动来验证机械能守恒 不过他数了一下 从打点计时器打下的第一个点o数起 图中的b是打点计时器打下的第9个点 因此他用vb gt计算跟b点对应的物体的即时速度 得到动能的增加量为 这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量 动能的增加量 原因是 课外演练 1 22m 1 20m 大于 速度v是实际速度 因为有摩擦生热 减少的重力势能一部分转化为内能 1 23m 小于 速度v是按照自由落体计算的 对应的下落高度处速度大小比实际测得的高度要大 课外演练 6 用如图6 3 a 所示的实验装置验证机械能守恒定律 为了减少 带来的误差 打点计时器的两个限位孔中心连线应在一条竖直线上 实验操作时 先 再 选填 释放纸带 接通打点计时器电源 纸带与限位孔之间的摩擦阻力 接通打点计时器电源 释放纸带 如图6 3 b 是某次实验的一条纸带 a b c d e f g是连续的七个点 为验证重锤对应b点和f点时的机械能是否相等 并使数据处理简便 应测量 两点间的距离 两点间的距离和b f两点间的距离 若重物质量为0 200kg b f间的距离为12 00cm g取9 8m s2 对应b到f的下落过程中 重锤重力势能的减少量 ep j 计算结果保留三位有效数字 课外演练 a c e g 0 235 7 某同学在应用打点计时器做验证机械能守恒定律实验中 获取一根纸带如图6 4所示 但测量发现0 1两点距离远大于2mm 且0 1和1 2间有点漏打或没有显示出来 而其他所有打点都是清晰完整的 现在该同学用刻度尺分别量出2 3 4 5 6 7六个点到0点的长度hi i 2 3 4 7 再分别计算得到3 4 5 6四个点的速度vi和vi2 i 2