2012届高考一轮复习课件：55实验：验证机械能守恒定律.ppt

第5讲 实验 验证机械能守恒定律 3 数据处理方法一计算法 对每一计数点获得的数据进行计算并进行比较 若在误差允许的范围内 重力势能的减少量与动能的增加量相等 就可以得出机械能守恒的结论 方法二图象法 以v2 2为纵轴 以h为横轴画出图线 若是一条通过原点的直线 则可以得出机械能守恒的结论 图线的斜率表示重力加速度g 一 实验原理和操作问题 验证机械能守恒定律的实验步骤是什么 解析 1 如图5 5 1安装器材 注意计时器要竖直架稳 2 将长约0 6m的纸带固定在重物上之后穿过计时器 用手提着纸带 使重物静止在靠近打点计时器的地方 3 接通电源 松开纸带 让重物自由下落 例1 用如图5 5 2所示的实验装置验证机械能守恒定律 实验所用的电源为学生电源 输出电压为6V的交流电和直流电两种 重锤从高处由静止开始落下 重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点 对纸带上的点的痕迹进行测量 即可验证机械能守恒定律 1 下面列举出了该实验的几个操作步骤 A 按照图示的装置安装器件 B 将打点计时器接到电源的直流输出端上 C 用天平测量出重锤的质量 D 释放悬挂纸带的夹子 同时接通电源开关打出一条纸带 E 测量打出的纸带上某些点之间的距离 F 根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤 并简述其理由 2 利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值 如图5 5 3所示 选取纸带上打出的连续五个点A B C D E 测出A点距起点O的距离为x0 点A C间距离为x1 点C E间的距离为x2 使用的交流电的频率为f 利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度 则加速度的表达式为a 在验证机械能守恒定律的实验中发现 重锤减小的重力势能总是略大于重锤增加的动能 其原因主要是因为在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力作用 若已知当地重力加速度的值为g 用第 1 问给出的已知量表示重锤在下落过程中受到的平均阻力大小为F 点评 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 警示 熟悉本实验的原理和操作步骤是解题的关键 二 数据的处理和误差分析问题 验证机械能守恒定律的误差情况如何 解答 验证机械能守恒定律 实验中 重物和纸带下落时 纸带要受到打点计时器的阻力 电火花计时器的阻力小于电磁打点计时器的阻力 重物要受空气的阻力 重物克服这些阻力做功 有机械能向内能转化 因此 我们在选择重物时应选择质量和密度较大的 在安装打点计时器时 应使其在竖直平面内 且使两个限位孔在同一竖直线上 从而减小阻力 减小误差 例2 在 验证机械能守恒定律 的实验中 所用电源的频率为50Hz 某同学选择了一条理想的纸带 用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图5 5 4所示 图中O点是打点计时器打出的第一个点 A B C D E分别是每打两个点取的计数点 单位 mm 根据纸带计算 1 若重物质量为mkg 则重物从开始下落到打B点时 减少的重力势能 2 重物下落到B点时增加的动能 3 从 1 2 数据可得出什么结论 产生误差的主要原因是什么 1 减少的重力势能 Ep 1 911mJ 2 增加的动能为 Ek 1 890mJ 3 从 1 2 可知 在实验误差允许范围内重力势能的减少量等于其动能的增加量 机械能守恒 重物减少的重力势能略大于其增加的动能 原因是 重物下落过程中受空气阻力 打点计时器与纸带间有阻力等 损失了一部分机械能 点评 该实验中主要存在测量误差和系统误差 减小测量误差的方法是 一是测高度时应从打点的起点量起 二是多次测量取平均值 系统误差是由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功 动能的增量必定稍小于势能的减少量 警示 掌握实验的数据处理方法和误差产生的原因 然后针对具体问题进行全面分析 只有从原理上着手 问题的解决才有根据 决不能死记实验步骤和注意事项 三 实验方法的变化问题 在 验证机械能守恒定律 的实验中 应注意些什么 解答 实验时要先接通电源 后放纸带 由于本实验只比较重力势能的减少与动能的增加 故不需要测重物的质量 为了减小空气阻力的影响 重物应选质量较大但体积又较小的物体 例3 小明利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律 实验装置的示意图如图5 5 5所示 当有不透光物体从光电门间通过时 光电计时器就可以显示物体的挡光时间 所用的光电门传感器可测的最短时间为0 01s 将挡光效果好 宽度为d 3 8 10 3m的黑色磁带若干段贴在透明直尺上 让直尺从一定高度由静止释放 并使其竖直通过光电门 某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间 ti与高度差 hi 并将部分数据进行了处理 结果如下表所示 取g 9 8m s2 表格中M为直尺质量 1 请将表格中数据填写完整 2 从该实验可得 Ek h的图象是 答案 1 4 00 M或4 01M 4 01或4 02M 2 C 点评 该实验中 物体下落过程中某一位置的速度可以用光电计时器测出来 利用这种装置验证机械能守恒定律 能消除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系统误差 警示 对于创新性实验 关键是掌握实验的基本思想 不要局限于课本的实验方案 1 单选 在验证机械能守恒定律的实验中 需要测量的是重物的 A 质量B 下落高度C 下落时间D 瞬时速度 B 2 如图5 5 6是 验证机械能守恒定律 实验中打下的某一纸带示意图 其中O为起始点 A B C为某三个连续点 已知打点时间间隔 t 0 02s 用最小刻度为1mm的刻度尺量得OA 15 55cm OB 19 2cm OC 23 23cm 1 假定上述数据并没有看错 则它们中不符合数据记录要求的是段 正确的记录应是19 20cm 2 根据上述数据 当纸带打B点时 重锤 设其质量为mkg 重力势能比开始下落位置的重力势能减少了J 动能增加了J 这表明数值上 Ep Ek 填 大于 小于 或 等于 这是因为实验中有阻力 克服阻力做功要损失机械能 实验的结论是 在误差允许的范围内 重锤下落过程中 机械能是守恒的 OB 19 20 1 88m 1 84m 大于 实验中有阻力 克服阻力做功要损失机械能 3 通过计算可知 Ek小于 Ep 这是因为实验中有阻力 克服阻力做功要损失机械能 在误差允许的范围内 我