高考物理一轮总复习 实验 验证机械能守恒定律课件 新人教版.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 选纸带分两种情况说明 1 如果根据验证时 应选点迹清晰 打点成一条直线 且1 2两点间距离小于或接近2mm的纸带 2 如果根据验证时 由于重力势能的相对性 处理纸带时 选择适当的点为基准点即可 这样纸带上打出的第1 2两点间的距离是否为2mm就无关紧要了 只要后面的点迹清晰就可选用 二 数据处理方法一 利用起始点和第n点计算 代入mghn和如果在实验误差允许的条件下mghn和相等 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 算出的值 3 在实验误差允许的条件下 若成立 则验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或计算 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 而不能用或计算得到 热点1实验数据的处理 典例1 在 验证机械能守恒定律 实验中 实验装置如图所示 1 根据打出的纸带 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间的距离为x1 点c e间的距离为x2 交流电的周期为t 当地重力加速度为g 则根据这些条件计算打c点时的速度表达式为vc 用x1 x2和t表示 2 根据实验原理 只要验证表达式 用g x0 x1 x2和t表示 成立 就验证了机械能守恒定律 3 实验中发现 重物减少的重力势能总是大于重物增加的动能 其原因主要是在重物下落过程中存在着阻力的作用 我们可以通过该实验装置测定该阻力的大小 则还需要测量的物理量是 写出名称 标准解答 1 交流电的周期为t 打点间隔等于t a c两点间的时间间隔为t0 2t 同理c e两点间的时间间隔也为t0 2t 由公式 2 从起点o到点c过程中 重力做的功wg mg x0 x1 重力势能ep就减少了mg x0 x1 动能增加了即只要验证了减少的重力势能等于增加的动能就验证了机械能守恒 即 3 由动能定理得 要测定阻力f还需测定重物质量 答案 1 2 3 重物质量 热点2实验原理的拓展创新 典例2 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 标准解答 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量为滑块运动到光电门时的速度为所以系统的动能增加量为 若机械能守恒 则有解得 2 如图所示 由图像可求得斜率答案 1 2 见标准解答图2 43 1 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 根据纸带计算重物下落的时间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 选a 从验证机械能守恒定律的两种处理方法来看 没有必要测出重物的质量 只需验证或者即可 故a不必要 重物下落的时间可由纸带上的打点间隔计算 所以b是必要的 c和d两个选项的操作是必要的 故本题选a 2 用如图实验装置验证m1 m2组成的系统机械能守恒 m2从高处由静止开始下落 m1上拖着的纸带打出一系列的点 对纸带上的点迹进行测量 即可验证机械能守恒定律 图中给出的是实验中获取的一条纸带 0是打下的第一个点 每相邻两计数点间还有4个点 图中未标出 计数点间的距离如图所示 已知m1 50g m2 150g 则 g取9 8m s2 所有结果均保留三位有效数字 1 在纸带上打下计数点5时的速度v5 m s 2 在打点0 5过程中系统动能的增量 ek j 系统势能的减少量 ep j 由此得出的结论是 3 若某同学作出图像如图 则当地的实际重力加速度g m s2 解析 1 2 在打点0 5过程中系统动能的增量系统势能的减少量 ep m2gh05 m1gh05 0 588j由此得出 在误差允许的范围内 m1 m2组成的系统机械能守恒 3 由可知 图像的斜率为当地重力加速度g 由题图可知 答案 1 2 40 2 0 5760 588在误差允许的范围内 m1 m2组成的系统机械能守恒 3 9 70 3 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 解析 1 打点计时器打b点时重物速度的大小 2 ghb 7 70 m s 2 因为近似验证了机械能守恒定律 或由得出其他合理的结论也可以 答案 1 3 90 2 见解析 4 如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图 现有的器材为 带铁夹的铁架台 电磁打点计时器 纸带 带铁夹的重锤 天平 回答下列问题 1 为完成此实验 除了所给的器材 还需要的器材有 填入正确选项前的字母 a 米尺b 秒表c 0 12v的直流电源d 0 12v的交流电源 2 实验中误差产生的原因有 写出两个原因 解析 1 用a