江苏省高考物理大一轮复习（自主学习+考点突破+随堂验收）实验五验证机械能守恒定律课件.ppt

第六章机械能守恒定律 实验五 验证机械能守恒定律 1 理解验证机械能守恒定律的实验原理 2 会分析实验误差 会处理实验数据 3 会对探究性实验进行合理分析 重力 mgh 3 实验器材铁架台 含铁夹 打点计时器 学生电源 纸带 复写纸 导线 毫米刻度尺 带纸带夹 重物 4 实验步骤 1 按图所示将检查 调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上 接好电路 2 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 从已打出的纸带中 选出第一 二点间的距离接近2mm并且点迹清晰的纸带进行测量 4 在挑选的纸带上 记下第一点的位置O 并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1 2 3 4 并量出各点到位置O的距离 这些距离就是物体运动到点1 2 3 4 时下落的高度h1 h2 h3 h4 5 利用公式v 分别求出物体在打下点2 3 4 时瞬时速度v2 v3 v4 5 注意事项 1 打点计时器要稳定地固定在铁架台上 打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向 以减小摩擦阻力 2 应选用质量和密度较大的重物 增大重力可使阻力的影响相对减小 增大密度可以减小体积 可使空气阻力减小 3 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 4 测下落高度时 要从第一个点测起 并且各点对应的下落高度要一次测量完 6 误差分析 1 实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力 主要是打点计时器的阻力 做功 故动能的增加量必定稍小于势能的减少量 这是属于系统误差 减少空气阻力影响产生的方法是 使纸带下挂的重物重力大些 且体积要小 2 打点计时器产生的误差 由于交变电流周期的变化 引起打点时间间隔变化而产生误差 计数点选择不好 振动片振动不均匀 纸带放置方法不正确引起摩擦 造成实验误差 打点时的阻力对纸带的运动性质有影响 这也属于系统误差 3 由于测长度带来的误差属偶然误差 减少办法一是测距离时都应 二是多测几次取平均值 从O点量起 实验原理与操作 2 实验操作步骤安装 穿纸带 打纸带 处理数据 3 实验注意事项 1 打点计时器安装稳固 并使两限位孔在同一竖直线上 以减小摩擦阻力 2 实验中 需保持提纸带的手不动 待接通电源 打点计时器工作稳定后再松开纸带让重物下落 3 选取纸带时 本着点迹清晰 且1 2两点间距离接近2mm的原则 典题演示1 2015 扬州三模 验证机械能守恒定律 实验装置如图甲所示 某小组完成了一系列实验操作后 得到了一条纸带如图乙所示 选取纸带上某个清晰的点标为O 然后每两个打点取一个计数点 分别标为1 2 3 4 5 6 用刻度尺量出计数点1 2 3 4 5 6与O点的距离分别为h1 h2 h3 h4 h5 h6 甲 乙 1 已知打点计时器的打点周期为T 可求出各个计数点对应的速度分别为v1 v2 v3 v4 v5 其中v5的计算式为v5 2 若重锤的质量为m 取打点O时重锤所在水平面为参考平面 分别算出打各个计数点时对应重锤的势能Ep和动能Ek 则打计数点3时对应重锤的势能Ep3 接着在Eh坐标系中描点作出如图丙所示的Ekh和Eph图线 求得Eph图线斜率的绝对值为k1 Ekh图线斜率为k2 则k1与k2满足 关系时 重锤机械能守恒 mgh3 k1 k2 丙 3 关于上述实验 下列说法中正确的是 A 实验中可用干电池作为电源B 为了减小阻力的影响 重锤的密度和质量应该适当大些C 若纸带上打出的点被拉长为短线 应适当调高电源电压D 图丙Ekh图线纵轴上的截距表示重锤经过参考平面时的动能 4 关于该实验操作 你还能提出哪些注意事项 写出1条 BD 重锤从靠近打点计时器处释放或调节打点计时器限位 孔在同一竖直线上 1 纸带的选取 选用纸带时应尽量挑选第1点点迹清晰且1 2两点之间距离接近2mm的纸带 这样一条纸带记录的运动才接近自由落体运动 数据处理与误差分析 3 误差分析 1 重物和纸带下落过程中要克服阻力 主要是纸带与计时器之间的摩擦力 计时器平面不在竖直方向 纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原因 电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器 由于阻力的存在 重物动能的增加量稍小于势能的减少量 即Ek Ep 这属于系统误差 2 交流电源的频率f不是50Hz也会带来误差 若f 50Hz 由于速度值仍按频率为50Hz计算 频率的计算值比实际值偏小 周期值偏大 算得的速度值偏小 动能值也就偏小 使Ek Ep的误差进一步加大 根据同样的道理 若f 50Hz 则可能出现Ek Ep的结果 3 由于测长度带来的误差 减小办法之一是测距离时应从O点量起 之二是多测几次 然后取平均值 典题演示2 2016 无锡一模 如图甲所示 一位同学利用光电计时器等器材做 验证机械能守恒定律 的实验 有一直径为d 质量为m的金属小球由A处静止释放 下落过程中能通过A处正下方 固定于B处的光电门 测得A B间的距离为H H d 光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t 当地的重力加速度为g 则 甲 1 如图乙所示 用游标卡尺测得小球的直径d mm 2 小球经过光电门B时的速度表达式为 乙 7 25 4 实验中发现动能增加量 Ek总是稍小于重力势能减少量 Ep 增加下落高度后 则 Ep Ek将 填 增大 减小 或 不变 丙 增大 实验的改进与创新 1 Ep mgh计算钢球重力势能变化的大小 式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到 之间的竖直距离 A 钢球在A点时的顶端B 钢球在A点时的球心C 钢球在A点时的底端 B 1 50 1 49 1 51都算对 1 50 1 49 1 51都算对 1 原创 小明用图甲的实验装置来 验证机械能守恒定律 他按正确的实验步骤操作 从打出的纸带中选出了一条点迹比较清晰的纸带 在纸带上舍去开始密集的点迹 从便于测量的点开始 每隔一个打点间隔取一个计数点 如图乙所示 分别测量出计数点1 2 3 4 5 6到计数点0的距离 甲 乙 61 4 11 186 2 根据上表的数据作出了如图丙所示的 v2 h图线 丙 3 由该图象可得出的结论是 4 由图象可求得该地的重力加速度g 在只有重力做功的条件下 物体的机械能守恒 9 62m s2 2 2016 苏锡常镇二模 某实验小组用图甲所示装置研究系统在金属轨道上运动过程中机械能是否守恒 将一端带有滑轮的长金属轨道水平放置 重物通过细绳水平牵引小车沿轨道运动 利用打点计时器和纸带记录小车的运动 1 本实验中小车质量 填 需要 或 不需要 远大于重物质量 甲 不需要 2 将小车靠近打点计时器 将穿好的纸带拉直 接通电源 释放小车 图乙是打出的一条清晰纸带 O点是打下的第一个点 1 2 3 4 5是连续的计数点 O点和计数点1之间还有多个点 图中未画出 相邻计数点间的时间间隔为0 02s 在打计数点4时小车的速度v m s 保留三位有效数字 若已知重物的质量为m 小车的质量为M 则从点O到点4的过程中 系统减少的重力势能为 J 增加的动能为 J 取g 9 8m s2 数字保留两位小数 2 30 5 18m 2 65 m M 乙 3 2016 金陵中学 利用图示实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的转化问题 1 实验操作步骤如下 请将步骤B补充完整 A 按实验要求安装好实验装置 B 使重物靠近打点计时器 接着先 后 打点计时器在纸带上打下一系列的点 接通电源 放开纸带 C 下图为一条符合实验要求的纸带 O点为打点计时器打下的第一点 分别测出若干连续点A B C 与O点之间的距离h1 h2 h3 mgh2 2 80 2 73 2 87均可 4 通过对k1和k2的比较分析 可得到的结论是 只要求写出一条 k2小于k1 动能的增量小于重力势能的减少量 其他结论合理的也可 4 2016 南京 盐城一模 在用 落体法 做 验证机械能守恒定律 的实验时 小明选择一条较为满意的纸带 如图甲所示 他舍弃前面密集的点 以O为起点 从A点开始选取纸带上连续点A B C 测出O到A B C 的距离分别为h1 h2 h3 电源的频率为f 甲 乙 1 为减少阻力对实验的影响 下列操作可行的是 A 选用铁质重锤B 安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上C 释放纸带前 手应提纸带上端并使纸带竖直D 重锤下落中手始终提住纸带上端 保持纸带竖直 2 打B点时 重锤的速度vB为 3 小明用实验测得数据画出的v2 h图象如图乙所示 图线不过坐标原点的原因是 ABC 打下O点时重锤速度不为零 4 另有四位同学在图乙的基础上 画出没有阻力时的v2 h图线 并与其比较 其中正确的是 B 5 改编 用图甲装置来验证机械能守恒定律 光滑圆弧末端B与桌面边缘水平相切 实验步骤如下 甲 在木板上用图钉固定好白纸和复写纸 然后按图安装好实验装置 让小球从斜槽顶端静止释放 小球滑到斜槽的低端时撞到木板 在白纸上留下的痕迹为O 把木板沿水平向右移动s距离后再将其固定 再将小球从A点静止释放 小球水平抛出后撞到木板在白纸上留下痕迹为P 并测出OP之间的高度H1 将木块向右移动到距离桌面边缘分别为2s 3s 4s远处固定 依次重复步骤 计小球依次在白纸上留下的痕迹为Q R T 测出OO OR OT的距离H2 H3 H4 由实验数据作出了如图乙所示的s2 H图象 乙 1 用图甲装置来探究小球斜面A点处运动到B点处这一过程中机械能是否守恒 还需知道的物理量是 请附上相关符号 2 实验中s2与H之间的关系为s2 说出每个