南方新高考高考物理大一轮复习 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 实验准备 实验原理 在只有重力做功的自由落体运动中 物体的 和 互相转化 但总的机械能守恒 若物体某时刻速度为图s6 1 重力势能 动能 故只需借助打点计时器 通过纸带测出重物某时刻的 和该时刻的 即可验证机械能 是否守恒 实验器材铁架台 带铁夹 打点计时器 重锤 带纸带夹子 纸带几条 复写纸片 导线 刻度尺 学生电源 下落高度h 瞬时速度v 实验过程 实验步骤 打点计时器 学生电源 1 按如图s6 2所示把打点计时器安装在铁架台上 用导线把 与 连接好 图s6 2 2 把纸带的一端用夹子固定在重锤上 另一端穿过打点计时器的 用手竖直提起纸带使重锤停靠在 附近 3 先接通电源 后释放重锤并带着纸带自由下落 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点迹清晰的一条 在起点标上o 以后各点依次标上1 2 3 4 用刻度尺测出对应下落高度h1 h2 h3 h4 7 计算各点对应的重力势能的减少量 和动能 增加量 并进行比较 限位孔 打点计时器 mghn 实验结论 做自由落体运动的物体机械能守恒或仅在重力作用下物体 机械能守恒 基础检测 实验时 发现重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动 能 造成这种现象的主要原因是 a 选用的重锤质量过大b 选用的重锤质量过小c 空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力影响过大d 实验操作不细致 实验数据测量不准确答案 c 考点1实验原理和操作 重点归纳 1 实验原理的理解 三种验证方案 1 利用起始点和第n点计算 测出第n点到起始点的距离hn 算出ghn 2 实验操作步骤 安装 穿纸带 打纸带 处理数据 1 实验中打点计时器的安装 两纸带限位孔必须在同一竖 直线上 以减小摩擦阻力 2 实验时 必须先接通电源 让打点计时器工作正常稳定 后再释放纸带 让重锤下落 3 打点计时器必须接低压交流电源 4 重锤的选择应是质量较大 从而使重力远大于下落过程 中所受的阻力 实现减小实验误差的目的 7 实验中 只要验证gh是否等于即可 不用测量重锤的 5 选用纸带时尽量挑选第1 2点间距离接近2mm的纸带 6 测量下落高度时 都必须从起始点算起 只进行一次零刻度对齐 读出各点高度 减小测量的相对误差 选取的各个计数点要离起始点较远 但纸带也不宜过长 有效长度可在60 80cm内 v2 2 质量 典例剖析 例1 关于 验证机械能守恒定律 的实验 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 让夹子静止在靠近打点计时器处 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的时间 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 确步骤的合理顺序是 填代表的字母 思维点拨 熟悉实验的操作步骤及每一步操作的作用 可知 质量m可以约去 故可不用测量质量 打点计时器本来就是计时仪器 故不用秒表计时 答案 ag edbchijkflm 考点练透 1 2015年广西南宁模拟 用如图s6 3甲所示的装置 验证机械能守恒定律 甲 乙 图s6 3 1 下列物理量需要测量的是 通过计算得到的是 填正确答案对应的字母 a 重锤质量 b 重力加速度 c 重锤下落的高度 d 与下落高度对应的重锤的瞬时速度 2 设重锤质量为m 打点计时器的打点周期为t 重力加速度为g 如图乙所示是实验得到的一条纸带 a b c d e为相邻的连续点 根据测得的s1 s2 s3 s4写出重锤由b点到d点势能减少量的表达式 动能增加量的表达式 解析 1 实验中需要直接测量的是重锤下落的高度 通过计算得到的是与下落高度相对应的重锤的瞬时速度 2 重锤重力势能的减少量为mg s3 s1 考点2纸带数据的处理和误差分析 重点归纳1 误差分析 1 测量误差 减小测量误差的方法 一是测下落距离时都从0点量起 一次将各打点对应下落高度测量完 二是多测几次取平均值 2 系统误差 因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力 如空气阻力 打点计时器与纸带间的摩擦力 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 从而产生误差 改进的办法是调整器材的安装 尽可能地减小阻力 2 注意事项 1 打点计时器要竖直 安装打点计时器时要竖直架稳 使其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 后松开纸带让重物下落 4 测长度 算速度 某时刻的瞬时速度的计算应用vn 典例剖析 例2 2016年重庆第一中学月考 1 关于 验证机械能守 恒定律 的实验中 以下说法中正确的是 a 实验时需要称出重物的质量 b 实验中摩擦是不可避免的 因此纸带越短越好 因为纸 带越短 克服摩擦做的功就少 误差就小 c 纸带上打下的第1 2点间距超过2mm 则无论怎样处 理数据 实验误差都会很大 d 实验处理数据时 可直接利用打下的实际点迹 而不必 采用 计数点 的方法 2 若正确地操作完成实验 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o的距离如图s6 4所示 相邻计数点时间间隔为0 02s 当地重力加速度的值为9 8m s2 那么 计算结果均保留2位有效数字 图s6 4 纸带的 填 左 或 右 端与重物相连 打下计数点b时 重物的速度 m s 在从起点o到打下计数点b的过程中 测得重物重力势能的减少量略大于动能的增加量 这是因为 解析 1 实验时动能的增加量与重力势能的减小量 均含有质量 因此不需称出重物的质量 故a错误 实验中摩擦是不可避免的 因此纸带短点好 因为纸带越短 克服摩擦力做的功就越少 但要通过测量长度来求出变化的高度与瞬时速度 因此太短会导致误差越大 故b错误 若纸带上第1 2两点 纸带时 可以直接利用打点计时器打出的实际点迹 而不必采用 计数点 的方法 若采用计数点 是使测量长度变长 从而减小测量长度的误差 故d正确 2 重物在开始下落时速度较慢 在纸带上打的点较密 越往后 物体下落得越快 纸带上的点越稀 所以纸带上靠近重物的一端的点较密 因此纸带的左端与重物相连 根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度有 ep ek说明有部分重力势能转变成了其他形式的能 是因为下落过程中存在摩擦阻力和空气阻力的影响 答案 1 d 2 左 0 98 下落过程中存在摩擦阻 力和空气阻力的影响 考点练透 2 2016年新课标全国卷 某同学用如图s6 5甲所示的实验装置验证机械能守恒定律 其中打点计时器的电源为交流电源 可以使用的频率有20hz 30hz和40hz 打出纸带的一部分如图乙所示 甲 乙 图s6 5 该同学在实验中没有记录交流电的频率f 需要用实验数据 和其他题给条件进行推算 1 若从打出的纸带可判定重物匀加速下落 利用f和图乙中给出的物理量可以写出 在打点计时器打出b点时 重物下落的速度大小为 打出c点时重物下落的速度大小为 重物下落的加速度大小为 2 已测得s1 8 89cm s2 9 50cm s3 10 10cm 当重力加速度大小为9 80m s2 实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1 由此推算出f为 hz 2 重物下落的过程中 由牛顿第二定律可得 mg f阻 ma 由已知条件f阻 0 01mg由 得a 0 99g 考点3实验的改进与创新 重点归纳 1 实验器材的改进 由系统动能 重力势能的变化验证机械能守恒 所用实 验器材 光电门 气垫导轨 通过小球自由落体运动的频闪照片验证机械能守恒 2 实验原理的迁移 由单一物体的机械能守恒迁移至多物体机械能守恒的验 证 典例剖析 例3 某同学利用如图s6 6所示的装置来验证由小车与钩 码组成的系统机械能守恒 图s6 6 1 现提供如下器材 a 小车 b 钩码 c 一端带滑轮的长木板 d 细绳 e 电 火花打点计时器 f 纸带 g 毫米刻度尺 h 游标卡尺 i 低 压交流电源j 220v交流电源需要的器材是 2 为尽可能消除摩擦力对本实验的影响 使验证结果尽可能准确 则小车质量m和钩码质量m的关系应该满足 3 小明和小军同学在做该实验时 小明认为只要采用平衡摩擦力的方法将摩擦力平衡掉就可以了 无须满足 2 问中小车质量m和钩码质量m的关系 而小军却否认小明的看法 你认为小明的看法 填 正确 或 不正确 理由是 4 两位同学统一观点后完成实验 得到一条纸带 去掉前面比较密集的点 选择点迹清晰且便于测量的连续7个点 标号为0 6 测出相关距离如图s6 7所示 要验证在第2点与第5点时系统的机械能相等 则应满足关系式 设小车质量m 钩码质量m 打点周期为t 图s6 7 解析 1 实验不需要游标卡尺 距离由刻度尺测量 电火花计时器直接使用220v交流电源 不需要低压交流电源 不需要的器材是h i 还需要天平测量钩码和小车的质量 2 为尽可能消除摩擦力对本实验的影响 使验证结果尽可能准确 则小车质量m和钩码质量m的关系应该满足m m 这样能使摩擦力做的功相对少些 以减小机械能的损失 3 小明的看法不正确 因为平衡摩擦力后 摩擦力还做负功 系统机械能不守恒 4 利用匀变速直线运动的推论 从第2点到第5点时系统的动能增加从第2点到第5点时系统的重力势能减小量为mg d5 d2 答案 1 h i天平 2 m m 3 不正确 因为平衡摩擦力后 摩擦力还做负功 系统机 械能不守恒 考点练透 3 如图s6 8甲所示是验证机械能守恒定律的实验 小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住 轻绳另一端固