【金榜夺冠】高三物理第一轮复习 第六章 第四单元 第7课时 实验：验证机械能守恒定律课件 必修2

第四单元实验与探究第7课时实验：验证机械能守恒定律,必修2第六章机械能和能源,基础回顾,实验原理验证在只有_作用的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互_，但总机械能_,答案：重力转化守恒,要点深化,1实验目的验证机械能守恒定律2实验原理只有重力做功的情况下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总的机械能守恒，利用仪器记录下物体自由下落的高度h及计算出瞬时的速度v，从而验证物体在自由下落过程中，重力势能减少量Epmgh与物体动能的增加量相等。,物体做自由落体运动时，只受重力的作用，机械能守恒即物体重力势能的减少等于动能的增加，设物体质量为m，利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h，计算出瞬时速度v，则重力势能的减少量Epmgh，,动能的增加量Ekmv2，比较Ep和Ek在误差允许的范围内是否相等，从而验证机械能守恒定律3实验器材铁架台(带铁夹)，打点计时器，重锤(带纸带夹子)，纸带数条，复写纸片，导线，毫米刻度尺，学生电源(交流46V),4实验步骤与数据处理(1)如下图所示，把打点计时器安装好，连接好电路；,(2)将纸带穿过打点计时器，纸带下端用夹子与重物(钩码或另选用重锤)相连，手提纸带上端使重物静止在靠近打点计时器的地方，保持纸带竖直；(3)接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点；(4)更换纸带，重复实验几次，从打出的纸带中挑出第一、二点间距离接近2mm，且点迹清晰的一条纸带，如下图所示；,(5)在所选纸带的第一个点迹旁标上0，然后在纸带上选取五个连续点标上1、2、3、4、5，用刻度尺量出各点到0点的距离h1、h2、h3、h4、h5；,(6)用公式计算2、3、4各点对应的瞬时速度；(7)计算2、3、4各点对应的重力势能减少量mghn和动能增加量，进行比较，得出结论5误差分析及减少误差的做法(1)由于测长度带来的误差属于偶然误差，减少误差的方法一是测距离都应从0点量起，二是多测几次取平均值(2)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Ek必定稍小于重力势能的减少量Ep，这是属于系统误差为了减小空气阻力和纸带所受阻力的影响，选择的重物应密度较大，安装打点计时器应保持两限位孔在同一条竖直线上或选用电火花计时器,题型一纸带数据处理探究机械能是否守恒,纸带数据处理的关键是求出重物下落的高度h和到达某点的瞬时速度vn，h为某点到起始点O的距离，n点的速度等于(n1)点和(n1)点之间的平均速度在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用的电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g9.80m/s2，测得所用的重物质量为1.00kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带(如下图所示)，把第一个点记为O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm,70.18cm,77.76cm，85.73cm.根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于_J，动能的增加量等于_J(取3位有效数字)，由此说明,解析：由题意知重物由O点运动至C点，下落的高度为hCOC，hC77.76cm0.7776m所以，重力势能的减少量Ep为：EpmghC1.00kg9.80m/s20.7776m7.62J.重物经过C点的即时速度vC可由下式求出：,答案：7.62J7.57J在误差允许的范围内机械能守恒,7.57J.,题型训练,1在用自由落体运动验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作得到如下图所示的纸带其中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，并记录在图中(单位：cm)已知接打点计时器的电源的频率为50Hz，重的有质量为1kg，当地的重力加速度g9.8m/s2.,(1)这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_段，应记作_cm.,(2)该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，先计算出该段重锤的重力势能的减少量为_；接着从打点计时器打下的第一个点O数起，数到图中的B点是打点计时器打下的第9个点因此他用vBgt计算出跟B点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为_(均保留三位有效数字)这样他发现重力势能的减少量_(填“大于”或“小于”)动能的增加量，造成这一误差的原因是_,答案：(1)OC15.70(2)1.22J1.23J小于v是按照自由落体计算的，实际上重锤下落的加速度因阻力作用而小于g，以vBgt计算重锤到B点的速度明显偏大，故计算的动能偏大，造成以上误差,题型二创新性验证机械能守恒定律,利用光电门测时仪来验证机械能守恒定律是目前常见的实验创新题，这类题关键在掌握计算滑块通过每个光电门的速度，即用滑块的长度除以滑块通过光电门的时间这里基于时间要极小，滑块在某段时间内的平均速度即可作为在该时间段任意一点的瞬时速度,如右图是一种光电计时器，它是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间,利用如右图装置验证小球自由下落的过程中机械能是否守恒：在竖直放置的立柱上端有一个电磁铁，通电时，小球被吸在电磁铁上，断电时，小球自由下落，计时装置开始计时立柱上有两个可调距离的光电门当小球经过每个光电门时，光电计时装置能测出小球通过每个光电门的时间，计算出通过光电门的速度，再测出两个光电门的距离，便能进行计算验证,(1)为准确实验和测量，除了上面提到的实验装置之外，至少还需要两种实验器材，需要哪两种？_、_.(2)若测出小钢球的直径为L，两次经过光电门的时间分别为t1和t2，则小钢球先后通过两个光电门时的瞬时速度v1、v2分别是v1_，v2_.(3)若测出两个光电门的距离为S，在本实验中，实验数据满足一个怎样的关系式才算是验证了机械能守恒？答：_,解析：(1)通过游标卡尺测量小钢球的直径，通过毫米刻度尺测量两个光电门的距离；(2)光电门记录的瞬时速度取经过光电门时的平均速度，,即(3)如果机械能守恒，则有：因质量相同，故用即可验证机械能守恒,答案：(1)游标卡尺毫米刻度尺,题型训练,2.某班同学利用光电计时器验证物体沿斜面下滑过程中机械能守恒定律如右图所示，斜面的倾角为30.让小铁块P从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为5.0102s和2.0102s,已知小铁块质量为2.00kg，小铁块沿斜面方向的长度为5.00cm，光电门1和2之间的距离为0.60m，g取9.80m/s2，取小铁块经过每个光电门时的速度为其平均速度,(1)小铁块经过光电门1时的速度v1_m/s，经过光电门2时的速度v2_m/s.(2)小铁块经过光电门1、2之间动能的增加量为_J，重力势能的减少量为_J.,(3)由(2)数据发现动能的增加量_(选填大于或小于)重力势能的减小量，这是由于_,解析：(1)光电门记录的瞬时速度取经过光电门时的平均速度，即,(2)动能的增加量,5