复习方略高考物理一轮复习 5实验六 验证机械能守恒定律课件 沪科版必修2.ppt

实验六验证机械能守恒定律 实验过程 一 实验步骤1 安装置 按图示将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 3 选纸带 在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带 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 二 数据处理方法一 利用起始点和第n点计算 代入mghn和mvn2在实验误差允许的条件下mghn和mvn2 则验证了机械能守恒定律 方法二 任取两点计算 1 任取两点a b测出hab 算出mghab 2 算出mvb2 mva2的值 3 在实验误差允许的条件下 若mghab mvb2 mva2证了机械能守恒定律 方法三 采用图像法 从纸带上选取多个点 测量从第一点到其余各点的下落高度h 并计算各点速度的平方v2 然后以为纵轴 以h为横轴 根据实验数据绘出v2 h图线 若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线 则验证了机械能守恒定律 误差分析 注意事项 1 安装打点计时器时要竖直架稳 使其两限位孔在同一竖直线上以减小摩擦阻力 2 重物应选用质量和密度较大 体积较小的物体以减小空气阻力的影响 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 纸带长度选用60cm左右为宜 应选用点迹清晰的纸带进行测量 5 速度不能用vn gtn计算 因为只要认为加速度为g 机械能当然守恒 即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律 况且用vn gtn计算出的速度比实际值大 会得出机械能增加的结论 而因为摩擦阻力的影响 机械能应该减小 所以速度应从纸带上直接测量计算 同样的道理 重物下落的高度h 也只能用毫米刻度尺直接测量 而不能用hn 或hn gt2计算得到 6 本实验不必称出重物质量 实验改进 1 物体的速度可以用光电计时器测量 以减小由于测量和计算带来的误差 2 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 3 可以利用气垫导轨来设计该实验 以减小由于摩擦带来的误差 4 为防止重物被释放时的初速度不为零 可将装置改成如图所示形式 剪断纸带最上端 让重物从静止开始下落 热点1实验数据的处理和误差分析 典题1 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 解题探究 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 提示 在误差允许的范围内 如果mghb和mvb2的大小近似相等 即验证了机械能守恒定律 该段时间内的平均速度 解析 1 打点计时器打b点时重物速度的大小vb 3 90m s 2 vb2 7 61 m s 2 ghb 7 70 m s 2 因为mvb2 mghb 近似验证了机械能守恒定律 或由mvb2 mghb得出其他合理的结论也可以 答案 1 3 90 2 见解析 热点2实验原理的拓展创新 典题2 2011 海南高考 现要通过实验验证机械能守恒定律 实验装置如图所示 水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨 导轨上a点处有一带长方形遮光片的滑块 其总质量为m 左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连 遮光片两条长边与导轨垂直 导轨上b点有一光电门 可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t 用d表示a点到导轨底端c点的距离 h表示a与c的高度差 b表示遮光片的宽度 s表示a b两点的距离 将遮光片通过光电门的 平均速度看作滑块通过b点时的瞬时速度 用g表示重力加速度 完成下列填空和作图 1 若将滑块自a点由静止释放 则在滑块从a运动至b的过程中 滑块 遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为 动能的增加量可表示为 若在运动过程中机械能守恒 与s的关系式为 2 多次改变光电门的位置 每次均令滑块自同一点 a点 下滑 测量相应的s与t值 结果如表所示 以s为横坐标 为纵坐标 在坐标纸中描出第1和第5个数据点 根据5个数据点作直线 求得该直线的斜率k 104m 1 s 2 保留3位有效数字 由测得的h d b m和m数值可以计算出 s直线的斜率k0 将k和k0进行比较 若其差值在实验允许的范围内 则可认为此实验验证了机械能守恒定律 解题探究 1 利用本实验验证机械能守恒 请回答 研究对象 系统重力势能的减少量 ep 系统动能的增加量 ek 2 如何求b点的速度大小 提示 利用公式v 可求得滑块过光电门的平均速度大小 因时间极短 可认为等于b点的瞬时速度大小 滑块和遮光片 砝码 mgssin mgs 解析 1 滑块和遮光片的重力势能减少 砝码的重力势能增加 所以系统的重力势能减少的