高考物理一轮复习 实验六 验证机械能守恒定律课件.ppt

实验六 验证机械能守恒定律 1 实验目的 验证机械能守恒定律 故只需借助打点计时器 通过纸带测出重锤某时刻的 和该时刻的 即可验证机械能是否守恒 下落高度h 瞬时速度v 测定第n点的瞬时速度的方法 测出第n点相邻的前 后 两段相等时间t内下落的距离sn和sn 1 则vn 如图s6 1所示 图s6 1 3 实验器材 铁架台 带铁夹 打点计时器 重锤 带纸带夹子 纸带若干 复写纸片 导线 和学生电源 4 实验步骤 图s6 2 刻度尺 1 安装 准备 按如图s6 2所示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学生电源连接好 把纸带的一端用夹子固定在重锤上 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打点计时器附近 2 打纸带 先接通电源 后释放纸带 让重锤带着纸带自由下落 这样计时器就在纸带上打下了一系列点 更换纸带重复上述步骤做3 5次实验 2 2 5 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 6 误差分析 1 偶然误差 测量长度时会带来误差 减少误差的办法是 测距离时 都应从第一个点o量起 多测几次取平均值 2 系统误差 实验中重锤和纸带在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必定稍小于势能的减少量 ep 考点1 基本实验原理与实验操作的考查 典题1 在 验证机械能守恒定律 实验中 两个实验小组的同学分别采用了如图s6 3甲和乙所示的装置将重物由静止释放 采用两种不同的实验方案进行实验 甲 乙 图s6 3 1 关于两图装置中重物以及实验器材的选择 下列说法正 确的是 a 在图甲中 下落物体应选择密度大的重物b 在图乙中 两个重物的质量关系是m1 m2 c 采用这两种方案进行实验 都还需要的实验器材有交流 电源 刻度尺和天平 d 采用这两种方案进行实验 都必须先释放重物 再接通 打点计时器的电源 2 比较这两种实验方案 你认为 更合理 理由是 解析 1 为了减小空气阻力对实验结果的影响 图甲中的重物应选择质量大 体积小的重物 即密度大的重物 选项a正确 图乙是验证两个重物系统机械能是否守恒 要求m1向下运动 m2向上运动 所以m1 m2 选项b正确 图甲实验验证 重力势能的减少量mgh是否相等 不需要测量重物的质量 所以实验器材不需要天平 图乙实验验证两个物体m1和m2组成 和系统重力势能的减少量m1gh m2gh是否相等 需要测量两个重物的质量 所以实验器材需要天平 选项c错误 采用图甲 乙装置的方案进行实验 应先接通打点计时器的电源 然后释放重物 选项d错误 2 图甲装置的方案更合理 因为图乙中细线与滑轮之间的阻力会影响实验结果 答案 1 ab 2 图甲装置的方案 图乙中滑轮与细绳间 的阻力会影响实验结果 方法技巧 1 安装打点计时器时要竖直架稳 使两限位孔 在同一竖直平面内以减少摩擦阻力 2 重物应选用质量大 体积小 密度大的材料 3 应先接通电源 让打点计时器正常工作后 再松开纸带 让重物下落 4 纸带长度应选用60cm左右为宜 应选用点迹清晰的纸 带进行测量 考点2 数据处理与误差分析 典题2 2016年北京卷 利用如图s6 4所示装置做 验证机械能守恒定律 实验 图s6 4 1 为验证机械能是否守恒 需要比较重物下落过程中任意两点间的 a 动能变化量与势能变化量b 速度变化量和势能变化量c 速度变化量和高度变化量 2 除带夹子的重物 纸带 铁架台 含铁夹 电磁打点计时器 导线及开关外 在下列器材中 还必须使用的两种器材是 a 交流电源 b 刻度尺 c 天平 含砝码 3 实验中 先接通电源 再释放重物 得到如图s6 5所示的一条纸带 在纸带上选取三个连续打出的点a b c 测得它们到起始点o的距离分别为ha hb hc 图s6 5 已知当地重力加速度为g 打点计时器打点的周期为t 设重物的质量为m 从打o点到打b点的过程中 重物的重力势能变化量 ep 动能变化量 ek 4 大多数学生的实验结果显示 重力势能的减少量大于动 能的增加量 原因是 a 利用公式v gt计算重物速度c 存在空气阻力和摩擦阻力的影响d 没有采用多次实验取平均值的方法 5 某同学想用下述方法研究机械能是否守恒 在纸带上选取多个计数点 测量它们到起始点o的距离h 计算对应计数点的重物速度v 描绘v2 h图象 并做如下判断 若图象是一条过原点的直线 则重物下落过程中机械能守恒 请你分析论证该同学的判断依据是否正确 本实验可从多个角度进行创新 1 实验器材的创新 利用光电门测出挡光条通过光电门的时间 t 从而利用 利用气垫导轨代替长木板 减小阻力对实验结果的影响 2 实验数据处理的创新 将滑块 挡光条 托盘和砝码看 作一个系统来验证系统机械能守恒 3 本实验还可以从以下两个方面创新 整个实验装置可以放在真空的环境中操作 如用牛顿管和频闪照相进行验证 以消除由于空气阻力作用而带来的误差 考向1 利用光电门验证机械能守恒定律 典题3 2016年江苏卷 某同学用如图s6 6所示的装置验证机械能守恒定律 一根细线系住钢球 悬挂在铁架台上 钢球静止于a点 光电门固定在a的正下方 在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条 将钢球拉至不同位置由静止释放 遮球经过a点时的速度 记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t 计算并比较钢球在释放点和a点之间的势能变化大小 ep与动能变化大小 ek 就能验证机械能是否守恒 图s6 6 1 用 ep mgh计算钢球重力势能变化的大小 式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到 之间的竖直距离 b 钢球在a点时的球心 a 钢球在a点时的顶端c 钢球在a点时的底端 遮光条宽度 示数如图s6 7所示 其读数为 cm 某次测量中 计时器的示数为0 0100s 则钢球的速度为 v m s 图s6 7 3 下表为该同学的实验结果 他发现表中的 ep与 ek之间存在差异 认为这是由于空气 阻力造成的 你是否同意他的观点 请说明理由 4 请你提出一条减小上述差异的改进建议 答案 1 b 2 1 50 1 49 1 51均正确 1 50 1 49 1 51均正确 3 不同意 因为空气阻力会造成 ek小于 ep 但表中 ek 大于 ep 4 分别测出光电门和球心到悬点的长度l和l 计算 ek 考向2 对两个物体组成的系统验证机械能守恒 典题4 2017年陕西西安高新一中一模 某实验小组利用如图s6 8所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒 图s6 8 1 如图s6 9所示 用游标卡尺测得遮光条的宽度d cm 实验时将滑块从图示位置由静止释放 由数字计时 器读出遮光条通过某光电门的时间 t 1 35 10 2s 则滑块经 过该光电门时的瞬时速度为 m s 在本次实验中还需要测量的物理量有钩码的质量m 滑块的质量m和 文字说明并用相应的字母表示 图s6 9 2 在这个过程中系统减