高中物理 第四章 机械能和能源 实验二 验证机械能守恒定律课件 教科版必修2.ppt

实验二验证机械能守恒定律 实验基础 实验探究 典例研习 实验基础解读实验 萃取精华 一 数据处理1 公式法 实验探究探寻结论 提升精度 2 作图法 二 误差分析 三 注意事项1 减小各种阻力的措施有 1 安装时使打点计时器的限位孔与纸带处于同一竖直平面内 2 应选用质量和密度较大的重物 2 使用打点计时器时 应先接通电源 再松开纸带 3 由于不需要计算动能和重力势能的具体数值 因而不需要测量重物的质量 4 不能用v gt或v 计算速度 类型一 实验操作及误差分析 典例研习通法悟道 拓展思路 典例1 2016 北京卷 21 利用图1装置做 验证机械能守恒定律 实验 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 解析 1 重物下落过程中 重力势能减少 动能增加 验证机械能守恒时应比较重物下落过程中任意两点间动能变化量与势能变化量大小是否相等 选项a正确 答案 1 a 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 答案 2 ab 解析 2 电磁打点计时器需要交流电源 测量纸带上点间的距离需要刻度尺 实验中无需知道重物的质量 故选a b 3 实验中 先接通电源 再释放重物 得到如图2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 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b 利用公式v 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 解析 4 实验中由于重物下落不可避免受到阻力作用 因此减少的重力势能大于重物获得的动能 选项c正确 答案 4 c 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图像 并做如下判断 若图像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 答案 5 见解析 思维总结 验证机械能守恒定律的实验中 没必要称量重物的质量 打点计时器就是计时仪器 不需要秒表 类型二 实验数据的处理 典例2 验证机械能守恒定律 的实验采用重物自由下落的方法 取g 10m s2 1 用公式mv2 mgh时 对纸带上起点的要求是初速度为 为达到此目的 所选择的纸带第一 二两点间距应接近 解析 1 要求初速度为0 所选纸带第一 第二两点间距接近2mm 答案 1 02mm 2 若实验中所用重锤质量m 1kg 打点纸带如图 甲 所示 打点时间间隔为0 02s 则记录b点时 重锤速度vb 重锤的动能 从开始下落起至b点 重锤的重力势能减少量是 因此可得出的结论是 答案 2 0 59m s0 174j0 176j在实验误差允许的范围内 重锤动能的增加量等于势能的减少量 答案 3 c 规律方法 实验误差分析 在 验证机械能守恒定律 的实验中 误差的一部分来自于空气阻力及纸带和打点计时器限位孔之间的摩擦 故重力势能的减少应等于动能增加量和克服阻力做功之和 所以此题在计算结果上肯定是重力势能减少得多 动能增加得少 类型三 实验改进与创新 典例3 利用气垫导轨验证机械能守恒定律 实验装置示意图如图所示 1 实验步骤 将气垫导轨放在水平桌面上 桌面高度不低于1m 将导轨调至水平 用游标卡尺测出挡光条的宽度l 9 30mm 由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s cm 将滑块移至光电门1左侧某处 待砝码静止时 释放滑块 要求砝码落地前挡光条已通过光电门2 从数字计时器 图中未画出 上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间 t1和 t2 用天平称出滑块和挡光条的总质量m 再称出托盘和砝码的总质量m 解析 1 距离s 80 30cm 20 30cm 60 00cm 答案 1 60 00 在59 96 60 04之间的 也正确 2 用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式 滑块通过光电门1和光电门2时 瞬时速度分别为v1 和v2 当滑块通过光电门1和光电门2时 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 系统重力势能的减少量 ep 重力加速度为g 3 如果 ep 则可认为验证了机械能守恒定律