浙江省高考物理三轮冲刺实验（8）验证机械能守恒定律课件.ppt

实验 8 验证机械能守恒定律 一 实验原理图二 基本实验要求1 实验目的验证机械能守恒定律2 实验原理让物体自由下落 用刻度尺测出物体下落的高度hn 求出对应点的瞬时速度vn 比较重力势能的减少量与动能的增加量 若二者相等 则机械能守恒 3 实验器材铁架台 带铁夹 打点计时器 学生电源 导线 带铁夹的重锤 纸带 刻度尺 4 实验步骤 1 按实验原理图把打点计时器竖直固定在铁架台上 用导线把打点计时器与学生电源连接好 2 把纸带的一端在重锤上用夹子固定好 另一端穿过打点计时器限位孔 3 用手提着纸带 让重物靠近打点计时器并处于静止状态 然后接通电源 松开纸带 让重物自由落下 重复几次 得到3 5条打好点的纸带 4 在打好点的纸带中挑选出点迹清晰的纸带进行测量 在起始点标上O 以后各点依次标上A B C 用刻度尺测出对应下落高度h1 h2 h3 如图所示 5 应用公式 算出各点对应的即时速度v1 v2 v3 vn 填入记录表中 6 计算各点对应的势能减少量 Ep和动能的增加量 Ek 进行比较 5 数据处理 1 方案一 利用起始点和第n点计算 将测量计算得到的hn和vn的值代入ghn和 如果在实验误差允许的条件下 二者相等 则机械能守恒定律是正确的 2 方案二 任取两点计算 任取较远两点A B测出hAB 算出ghAB 算出的值 若在实验误差允许的条件下二者相等 则机械能守恒定律是正确的 3 方案三 图象法 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hn 并计算各点速度的平方 然后以v2为纵轴 以h为横轴 根据实验数据绘出v2 h图象 若在误差允许的条件下 图线是一条过原点的直线 则机械能守恒定律是正确的 6 注意事项 1 重物应选用质量大 体积小 密度大的材料 2 打点计时器安装要稳固 并使两限位孔在同一竖直线上 以减少摩擦阻力 3 实验中 手提着纸带上端并保持纸带竖直 减少纸带与限位孔间的摩擦阻力 4 实验中 需保持提纸带的手不动并让重物靠近打点计时器 待接通电源 让打点计时器工作正常后再松开纸带让重物下落 以保证第一个点是一个清晰的点 5 因不需要知道动能和势能的具体数值 因此不需要测出重物的质量m 7 误差分析实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力做功 所以动能的增加量要小于势能的减少量 考点1 考点2 考点3 考点1实验原理和操作典例5 1 在 验证机械能守恒定律 的实验中 某实验小组分别设计了如图甲 乙 丙所示的实验装置来验证机械能守恒定律 考点1 考点2 考点3 1 经分析比较后 其中最理想的实验装置是 选填 甲 乙 或 丙 2 某个小组的三位同学按照正确的操作选得纸带如图所示 其中O是起始点 A B C是打点计时器连续打下的3个点 该同学用毫米刻度尺测量O到A B C各点的距离 用重物在OB段的运动来验证机械能守恒 已知当地的重力加速度g取9 80m s2 打点计时器所用电源频率为f 50Hz 设重物质量为1 00kg 考点1 考点2 考点3 甲同学发现 图中的B是除起始点外打点计时器打下的第n个点 因此他用vB ngT T是打点计时器的打点周期 计算B点对应时刻重物的速度 这样得到的结果是重力势能的减少量 选填 大于 小于 或 等于 动能的增加量 乙同学认为 可以利用O点到B点的距离hB 计算B点对应时刻重物的速度 这样得到的结果是重力势能的减少量 选填 大于 小于 或 等于 动能的增加量 丙同学用AC段的平均速度作为跟B点对应的重物瞬时速度 即用计算B点对应时刻重物的速度 这样得到的结果是重力势能的减少量 填 大于 小于 或 等于 动能的增加量 你认为三位同学的数据处理方法中合理的是 选填 甲 乙 或 丙 考点1 考点2 考点3 解析 1 甲 2 甲同学直接按自由落体计算的瞬时速度 而实际运动过程中有空气阻力和摩擦力 加速度会小于g 所以这样计算的速度偏大 所以重力势能的减少量小于动能的增加量 乙同学直接利用高度按照匀加速计算速度 相当于是利用重力势能求动能 结果是相等的 但这种求法是错误的 丙同学用匀变速直线运动规律求解B点速度 与重物实际运动规律相符 所以速度计算正确 由于实验过程中摩擦阻力的存在 重力势能有一部分转化给了摩擦阻力做功产生的内能 重力势能的减少量大于动能的增加量 三位同学的数据处理方法中合理的是丙 答案 1 甲 2 小于 等于 大于丙 考点1 考点2 考点3 考点2实验数据处理典例6 多选 用自由落体法验证机械能守恒定律 就是看是否等于mghn n为计数点的编号0 1 2 n 下列说法中正确的是 A 打点计时器打第一个点0时 重物的速度为零B hn是计数点n到起始点0的距离C 必须测量重物的质量D 用vn gtn计算vn时 tn n 1 T T为打点周期 答案 解析 考点1 考点2 考点3 典例7为了探究机械能守恒定律 某同学设计了如图甲所示的实验装置 并提供了如下的实验器材 A 小车 B 钩码 C 一端带滑轮的木板 D 细线 E 电火花计时器 F 纸带 G 毫米刻度尺 H 低压交流电源 I 220V的交流电源甲乙 考点1 考点2 考点3 1 根据上述实验装置和提供的实验器材 你认为实验中不需要的器材是 填写器材序号 还应补充的器材是 2 实验中得到了一条纸带如图乙所示 选择点迹清晰且便于测量的连续7个点 标号0 6 测出0到1 2 3 4 5 6点的距离分别为d1 d2 d3 d4 d5 d6 打点周期为T 则打点2时小车的速度v2 若测得小车质量为M 钩码质量为m 打点1和点5时小车的速度分别用v1 v5表示 已知重力加速度为g 则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表示为 考点1 考点2 考点3 考点1 考点2 考点3 考点3实验创新设计典例8某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律 频闪仪每隔0 05s闪光一次 图中所标数据为实际距离 该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表 当地重力加速度取9 8m s2 小球质量m 0 2kg 结果保留三位有效数字 考点1 考点2 考点3 1 由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5 m s 2 从t2到t5时间内 重力势能增加量 Ep J 动能减少量 Ek J 3 在误差允许的范围内 若 Ep与 Ek近似相等 从而验证了机械能守恒定律 由上述计算得 Ep 选填 或 Ek 造成这种结果的主要原因是 考点1 考点2 考点3 2 由题给条件知 h25