高考物理大一轮复习第五章机械能实验六验证机械能守恒定律课件.ppt

实验六验证机械能守恒定律 实验基础 热点定位 跟踪训练 实验基础 理解落实夯基础 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平面内以减少摩擦阻力 2 重物应选用质量大 体积小 密度大的材料 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 纸带长度应选用60cm左右为宜 应选用点迹清晰的纸带进行测量 误差分析 热点定位 重点透析通热点 热点一实验原理的理解与误差分析 例1 2016 内蒙古巴市一中期末 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的金属小球在A处由静止释放 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 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v 3 多次改变高度H 重复上述实验 作出随H的变化图像如图 丙 所示 当图中已知量t0 H0和重力加速度g及小球的直径d满足表达式时 可判断小球下落过程中机械能守恒 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 增大下落高度后 则 Ep Ek将 选填 增大 减小 或 不变 核心点拨 1 小球过光电门的速度用平均速度代替 2 根据机械能守恒和小球经过光电门的速度写出与H的关系式 解析 1 由图可知 主尺刻度为7mm 游标对齐的刻度为5 故读数为7mm 5 0 05mm 7 25mm 2 已知经过光电门的时间和小球的直径 则可以由平均速度表示经过光电门时的速度 故v 4 由于该过程中有阻力做功 而高度越高 阻力做功越多 故增大下落高度后 则 Ep Ek将增大 方法技巧使用光电门传感器测速度 减小了因摩擦造成的误差 但会因挡光片宽度 或小物体 较大 平均速度代表瞬时速度存在较大误差 因此 实验中应使挡光片宽度合适 若直接让小物体通过光电门时 应选择体积较小 质量较大的物体 教师备用 在一次实验验证课上 某同学利用自由落体运动来验证机械能守恒定律 该同学开始实验时的情形如图所示 他将打点计时器接通低压电源后释放纸带 1 请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方 解析 1 打点计时器采用的是交流电源 而本实验中采用了直流电源 同时 由于加速度较大 故纸带应在1米左右 且应让重物紧靠打点计时器 而本实验中离打点计时器太远 故错误为 打点计时器接了直流电源 重物离打点计时器太远 答案 1 打点计时器接了直流电源 重物离打点计时器太远 2 该同学在教师的指导下规范了实验操作 重新进行实验 得到了几条 3 5条 打出一系列点的纸带 在选点验证机械能守恒时 有以下两种方案 其中对选取纸带的1 2两点间距离要求小于或接近2mm的是方案 填 一 或 二 方案一 利用起始点和第n点计算 方案二 任取两点计算 解析 2 根据自由落体运动规律应有h 10 0 02 2m 0 002m 2mm 选用点迹清晰且第1 2点间距离接近2mm的纸带 也就是利用起始点和第n点计算 所以是方案一 答案 2 一 3 该同学最终选择了方案一 结合图像法进行数据分析 他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 根据实验数据作出v2 h图像 其中图线的斜率表示 答案 3 重力加速度g 热点二实验数据的处理 例2 如图 甲 所示是用 落体法 验证机械能守恒定律的实验装置 g取9 80m s2 1 选出一条纸带如图 乙 所示 其中O点为打点计时器打下的第一个点 A B C为三个计数点 打点计时器通以频率为50Hz的交变电流 用分度值为1mm的刻度尺测得OA 12 41cm OB 18 90cm OC 27 06cm 在计数点A和B B和C之间还各有一个点 重锤的质量为1 00kg 甲同学根据以上数据算出 当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了J 此时重锤的速度vB m s 此时重锤的动能比开始下落时增加了J 结果均保留3位有效数字 核心点拨 1 选OB段分析 分别计算出该段重力势能的减少量和动能的增加量 答案 1 1 851 831 67 2 某同学利用他自己实验时打出的纸带 测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h 算出了各计数点对应的速度v 然后以h为横轴 以v2为纵轴作出了如图 丙 所示的图线 图线的斜率近似等于 A 19 6B 9 8C 4 90图线未过原点O的原因是 答案 2 B先释放了纸带 再合上打点计时器开关 方法技巧实验数据处理的方法在用不同实验装置做 验证机械能守恒定律 的实验中 处理实验数据一般有以下方法 1 利用物体运动的信息 确定某一过程中物体 或系统 增加的动能与减少的势能的数值关系验证 2 由实验数据作出某两物理量间的关系图像 与假设机械能守恒时两物理量间的关系图像进行对比加以验证 教师备用 利用如图 甲 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 填 放开纸带 或 接通电源 C 图 乙 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个点 O点与第2点的距离约为2mm 分别测出若干连续点A B C 与O点之间的距离hA hB hC 解析 1 先接通电源 待打点计时器工作稳定后 再放开纸带 答案 1 接通电源放开纸带 答案 2 乙 热点三实验的创新与改进 新题体验 1 2016 福建福州质检 某同学利用如图 甲 所示装置探究平抛运动中机械能是否守恒 在斜槽轨道的末端安装一个光电门B 调节激光束与球心等高 斜槽末端水平 地面上依次铺有白纸 复写纸 让小球从斜槽上固定位置A点无初速释放 通过光电门后落在地面的复写纸上 在白纸上留下打击印 重复实验多次 测得小球通过光电门的平均时间为2 50ms 当地重力加速度g 9 8m s2 1 用游标卡尺测得小球直径如图 乙 所示 则小球直径为d mm 由此可知小球通过光电门的速度vB 2 实验测得轨道离地面的高度h 0 441m 小球的平均落点P到轨道末端正下方O点的距离x 0 591m 则由平抛运动规律解得小球平抛的初速度v0 m s 3 在误差允许范围内 实验结果中小球通过光电门的速度vB与由平抛运动规律求解的平抛初速度v0满足关系 就可以认为平抛运动过程中机械能是守恒的 答案 1 5 00 2 1 97 3 vB v0 2 2016 江苏启东中学月考 如图 甲 所示的装置叫做阿特伍德机 是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置 用来研究匀变速直线运动的规律 某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律 如图 乙 所示 1 实验时 该同学进行了如下步骤 将质量均为M A的含挡光片 B的含挂钩 的重物用绳连接后 跨放在定滑轮上 处于静止状态 测量出 填 A的上表面 A的下表面 或 挡光片中心 到光电门中心的竖直距离h 在B的下端挂上质量为m的物块C 让系统 重物A B以及物块C 中的物体由静止开始运动 光电门记录挡光片挡光的时间为 t 测出挡光片的宽度d 计算有关物理量 验证机械能守恒定律 解析 1 将质量均为M A的含挡光片 B的含挂钩 的重物用绳连接后 跨放在定滑轮上 处于静止状态 测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离h 答案 1 挡光片中心 2 如果系统 重物A B以及物块C 的机械能守恒 应满足的关系式为 已知重力加速度为g 3 引起该实验系统误差的原因有 写一条即可 3 引起该实验系统误差的原因有 绳子有质量 滑轮与绳子有摩擦 重物运动受到阻力作用 3 绳子有质量 滑轮与绳子有摩擦 重物运动受到阻力作用 回答一个即可 4 验证实验结束后 该同学突发奇想 如果系统 重物A B以及物块C 的机械能守恒 不断增大物块C的质量m 重物B的加速度a也将不断增大 那么a与m之间有怎样的定量关系 a随m增大会趋于一个什么值 请你帮该同学解决 写出a与m之间的关系式 还要用到M和g a的值会趋于 跟踪训练 即时巩固测效果 1 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 如图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 4kg 结果保留3位有效数字 1 由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5 m s 答案 1 3 48 2 从t2到t5时间内 重力势能增量 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 即可验证了机械能守恒定律 由上述计算得 Ep Ek 选填 或 造成这种结果的主要原因是 3 由计算可得 Ep Ek 主要是由于存在空气阻力 答案 2 2 492 55 3 存在空气阻力 2 某活动小组利用如图所示的装置验证机械能守恒定律 钢球自由下落过程中 先后通过光电门A B 计时装置测出钢球通过A B的时间分别为tA tB 用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度 测出两光电门间的距离为h 当地的重力加速度为g 1 用游标卡尺测量钢球的直径为d 要验证机械能守恒 只要比较 答案 1 D 2 钢球通过光电门的平均速度 选填 或 钢球球心通过光电门的瞬时速度 由此产生的误差 选填 能 或 不能 通过增加实验次数减小 解析 2 根据匀变速直线运动规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻的速度 所以钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度 由此产生的误差是系统误差 不能通过增加实验的次数减小 答案 1 D 2 不能 3 用如图所示实验装置验证机械能守恒定律 重物P 含遮光片 Q用跨过轻滑轮的细绳相连 现让P从光电门1的上侧由静止释放 P竖直向下运动 分别测出遮光片经过光电门1和光电门2的时间 t1和 t2 另测得遮光片的宽度为d 两光电门之间的距离为h 已知重力加速度为g 1 实验中还需要测量的物理量有 填写物理量名称以及表示符号 2 写出验证机械能守恒定律的等式为 用以上测得的物理量符号表示 3 本实验还可以测出重物Q上升的加速度 其大小是 答案 1 重物P的质量m1和重物Q的质量m2 4 2016 甘肃张掖模拟 如图所示装置可用来验证机械能守恒定律 摆锤A拴在长L的轻绳一端 另一端固定在O点 在A上放一个小铁片 现将摆锤拉起 使绳偏离竖直方向成 角时由静止开始释放摆锤 当其到达最低位置时 受到竖直挡板P阻挡而停止运动 之后铁片将飞离摆锤而做平抛运动 1 为了验证摆锤在运动中机械能守恒 必须求出摆锤在最低点的速度 为了求出这一速度 实验中还应该测量的物理量 解析 1 铁片在最低点飞出时做平抛运动 平抛的初速度即为铁片在最低点的速度 根据平抛运动规律可知x vt y gt2 因此要想求出平抛的初速度 应该测量铁片遇到挡板后的水平位移x和下落高度h 答案 1 铁片遇到挡板后铁片的水平位移x和下落高度h 2 用测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v 3 根据已知的和测得的物理量 写出摆锤在运动中机械能守恒的关系式为 5 2016 江苏卷 11 某同学用如图 甲 所示的装置验证机械能守恒定律 一根细线系住钢球 悬挂在铁架台上 钢球静止于A点 光电门固定在A的正下方 在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条 将钢球拉至不同位置由静止释放 遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出 取v 作为钢球经过A点时的速度 记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t 计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小 Ep与动能变化大小 Ek 就能验证机械能是否守恒 1 用 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 解析 1 钢球下落的高度为初末位置球心间的竖直距离 所以选B 答案 1 B 2 用 Ek mv2计算钢球动能变化的大小 用刻度尺测量遮光条宽度 示数如图 乙 所示 其读数为cm 某次测量中 计时器的示数为0 0100s 则钢球的速度为v m s 解析 2 由图知读数为1 50cm 1 49 1 51都算对 钢球的速度为v 代入数据解得v 1 50m s 1 49 1 51都算对 答案 2 1 50 1 49 1 51都算对 1 50 1 49 1 51都算对 3 下表为该同学的实验结果 他发现表中的 Ep与 Ek之间