高三物理一轮复习 实验6 验证机械能守恒定律课件.ppt

第五章机械能 实验六验证机械能守恒定律 三 实验器材铁架台 含铁夹 打点计时器 学生电源 纸带 复写纸 导线 毫米刻度尺 重物 带纸带夹 四 实验步骤1 仪器安装按图所示将检查 调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上 接好电路 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 5次实验 思一思 1 固定打点计时器时应注意什么 提示 应使打点计时器与纸带限位孔调整在同一竖直面内 2 释放重物时应注意什么 提示 纸带竖直 重物应靠近打点计时器处 先接通电源后释放重物 3 如何通过控制实验条件减小阻力 提示 打点计时器 铁架台竖直安装 应选择质量和密度较大的重物 4 选择纸带的原则是什么 提示 点迹清晰 所打点是一条直线 第1 2两点间的距离接近2mm 考向一对实验原理和实验操作的考查典例1在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中 电源的频率为50hz 依次打出的点为0 1 2 3 4 n 则 考向二实验数据处理与误差分析典例2 2013 海南高考 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3位有效数字 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 解题引路 1 b点速度大小的求解思路 原理 匀变速直线运动的物体在一段时间内的中间时刻的瞬时速度等于 公式 vb 2 通过实验数据怎样验证机械能守恒定律 典例3 浙江温州十校联合期末考试 某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律 实验装置如图甲所示 在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器a b 滑块p上固定一遮光条 若光线被遮光条遮挡 光电传感器会输出高电压 两光电传感器采集数据后与计算机相连 滑块在细线的牵引下向左加速运动 遮光条经过光电传感器a b时 通过计算机可以得到如图乙所示的电压u随时间t变化的图像 1 实验前 接通气源 将滑块 不挂钩码 置于气垫导轨上 轻推滑块 当图乙中的 t1 t2 填 或 时 说明气垫导轨已经水平 2 用游标卡尺测遮光条宽度d 测量结果如图丙所示 则d mm 3 滑块p用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与钩码q相连 钩码q的质量为m 将滑块p由图甲所示位置释放 通过计算机得到的图像如图乙所示 若 t1 t2和d已知 要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒 还应测出 和 写出物理量的名称及符号 4 若上述物理量间满足关系式 则表明在上述过程中 滑块和砝码组成的系统机械能守恒 尝试解题 高考命题常涉及的几种创新角度 一 本题创新点分析1 原于教材 本例中验证机械能守恒定律的实验目的和原理与教材相同 2 高于教材 本例中使用的气垫导轨和光电门优于课本器材 处理数据时将托盘和砝码纳入验证机械能守恒定律的系统 消除了系统误差 二 本实验还可以从以下几个方面进行改进创新实验器材的创新1 若给你提供一根不可伸长的轻绳 金属小圆柱 光电门 请完成验证机械能守恒定律的实验 2 若用如图所示的倾斜气垫导轨 光电门相结合来完成验证机械能守恒定律的实验 应如何操作 特色专题之 力学实验原理与方法的迁移应用 力学实验题目各省市几乎每年都考 特点是实验目的明确 实验原理千差万别 实验数据处理方法各种各样 但不管怎样 这些题都是以课本上的分组实验为原型 实验器材的使用 常用实验方案模型也是固定不变的 在做题时 应注意以下几点 1 找原型 把课本中的实验原型或者相关的物理理论知识在头脑中完整 准确地重现出来 2 找差别 将实验中所给器材与实验原型中器材进行对比 看一下少了什么器材或什么器材的量程不满足要求 再看一下 多给 了什么器材 注意 多给 的器材往往就是解决问题的关键 3 析原理 要根据题意 认真分析题目所提供的该实验的原理是什么 思考出题人想通过怎样的方法 手段 步骤达到该实验的目的 并与实验原型相比较 找出达到实验目的的方法 4 重方法 对于实验数据处理的方法基本是固定不变的 注意借鉴使用 例 2014 广东理综 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 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 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 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 重复 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 迁移训练 2013 全国理综 测量小物块q与平板p之间动摩擦因数的实验装置如图所示 ab是半径足够大的 光滑的四分之一圆弧轨道 与水平固定放置的p板的上表面bc在b点相切 c点在水平地面的垂直投影为c 重力加速度大小为g 实验步骤如下 用天平称出物块q的质量m 测量出轨道ab的半径r bc的长度l和cc 的长度h 将物块q在a点从静止释放 在物块q落地处标记其落地点d 重复步骤 共做10次 将10个落地点用一个尽量小的圆围住 用刻度尺测量圆心到c 的距离s 1 用实验中的测量量表示 物块q到达b点时的动能ekb 物块q到达c点时的动能ekc 在物块q从b运动到c的过程中 物块q克服摩擦力做的功wf 物块q与平板p之间的动摩擦因数 2 回答下列问题 实验步骤 的目的是 已知实验测得的 值比实际值偏大 其原因除了实验中测量量的误差之外 其它的可能是 写出一个可能的原因即可 名校模题 1 2015 广州模拟 在验证机械能守恒定律的实验中 没有必要进行的操作是 a 用天平测重物的质量b 用秒表测重物下落的时间c 用打点计时器记录重物下落的信息d 用纸带记录 测量重物下落的高度 解析 本实验中用打点计时器已在纸带上记录了重物下落的时间和下落高度 没必要再用秒表测量重物下落时间 因重物质量是否已知并不影响验证实验结果 故也没必要用天平测量重物的质量 故选a b 答案 ab 2 2015 兰州二中高三月考 验证机械能守恒定律 的实验装置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 2 该同学开始实验时情形如图丙所示 接通电源释放纸带 请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方 3 该实验中得到一条纸带 且测得每两个计数点间的距离如图丁所示 已知相邻两个计数点之间的时间间隔t 0 1s 则物体运动的加速度a 该纸带是采用 填 甲 或 乙 实验方案得到的 解析 由 x at2 利用逐差法得到物体运动的加速度a 4 8m s2 若用自由落体实验测得物体运动的加速度a应该接近10m s2 所以该纸带是采用乙实验方案得到的 答案 1 甲 2 打点计时器接了直流电源 重物离打点计时器太远 3 4 8m s2乙 3 2015 开封高三上学期模考 图甲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 轻绳另一端固定 将轻绳拉至水平后由静止释放 在最低点附近放置一组光电门 测出小圆柱运动到最低点的挡光时间 t 再用游标卡尺测出小圆柱的直径d 如图乙所示 重力加速度为g 则 1 小圆柱的直径d cm 2 测出悬点到圆柱重心的距离l 若等式gl 成立 说明小圆柱下摆过程中机械能守恒 3 若在悬点o安装一个拉力传感器 测出绳子上的拉力f 则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是 用文字和字母表示 若等式f 成立 则可验证小圆柱在最低点的向心力公式 4 2015 瑞安四校联考 如图为利用气垫导轨 滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略 验证机械能守恒定律 的实验装置 完成以下填空 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 测出滑块分别通过光电门1和光电门2时的挡光时间 t1和 t2 用天平秤出滑块和挡光条的总质量m 再秤出托盘和砝码的总质量m 滑块通过光电门1和光电门2时 可以确定系统 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 如果满足关系式 则可认为验证了机械能守恒定律 用ek1 ek2和 ep表示 高考真题 5 2013 新课标全国 某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究 一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上 弹簧左端固定 右端与一小球接触而不固连 弹簧处于原长时 小球恰好在桌面边缘 如图甲所示 向左推小球 使弹簧压缩一段距离后由静止释放 小球离开桌面后落到水平地面 通过测量和计算 可求得弹簧被压缩后的弹性势能 回答下列问题 1 本实验中可认为 弹簧被压缩后的弹性势能ep与小球抛出时的动能ek相等 已知重力加速度大小为g 为求得ek 至少需要测量下列物理量中的 填正确答案标号 a 小球的质量mb 小球抛出点到落地点的水平距离sc 桌面到地面的高度hd 弹簧的压缩量 xe 弹簧原长l0 6 2014 山东理综 某实验小组利用弹簧测力计和刻度尺 测量滑块在木板上运动的最大速度 实验步骤 用弹簧测力计测量橡皮泥和滑块的总重力 记作g 将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上 通过水平细绳和固定弹簧测力计相连 如