第五章,实验六,验证机械能守恒定律课件

第五章,实验六,验证机械能守恒定律课件 实验六 验证机械能守恒定律 一、实验目的 验证机械能守恒定律 二、实验原理 通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律 三、实验器材 打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根 四、实验步骤 1安装置：按实验原理图将检查、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次5次实验 13选纸带：(1)用mghmv2来验证，应选点迹清晰，且1、2两点间距离接近2 mm2 的纸带 112(2)用v2BvAmgh验证时，只要A、B之间的点迹清晰即可选用 22 五、实验结论 在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒 , 一、验证方案 1方案一：利用起始点和第n点计算代入ghn和2，如果在实验误差允许的范围内，2n 1ghnv2，则验证了机械能守恒定律 2n 方案二：任取两点计算 1任取两点A、B测出hAB，算出ghAB. 1122算出v2的值 2B2A 1123如果在实验误差允许的范围内，ghAB2BvA，则验证了机械能守恒定律 22 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h，并计 11算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，绘出v2h图线，若是一条过原点22 且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律 二、误差分析 1测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值 12系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量Ekv22n 必定稍小于重力势能的减少量Epmghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力 三、注意事项 1打点计时器要竖直：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 dn1dn13测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn，不能用vn2gdn2T 或vngt来计算 考点一 对实验原理和误差分析的考查 1.某同学安装如图甲的实验装置验证机械能守恒定律 (1)此实验中，应当是让重物做_运动，_(填“需要”或“不需要”)测出 重物的质量 (2)打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，该同学选取如图乙所示的一段纸带，对BD段进行研究求得B点对应的速度vB_m/s(保留两位有效数字)，若再求得D点对应的速度为vD，测出重物下落的高度为hBD，则还应计算_与_大小是否相等(填字母表达式) (3)但该同学在上述实验过程中存在明显的问题安装实验装置时存在的问题是 _； 研究纸带时存在的问题是 _， 实验误差可能较大 2.用如图甲 甲 所示的实验装置验证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如图乙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m150 g、m2150 g，则：(结果均保留两位有效数字 ) 乙 (1)在纸带上打下计数点5时的速度v_m/s； (2)在打下第“0”到打下第“5”点的过程中系统动能的增量Ek_J，系统势能的减少量Ep_J；(取当地的重力加速度g10 m/s2) 1(3)若某同学作出v2h图象如图丙所示，则当地的重力加速度g_m/s2 . 2 丙 4.某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验的简易示意图如下，当有不透光的物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间 所用的光电门传感器可测得最短时间为0.01 ms.将挡光效果好、宽度为d3.8103 m 的黑色磁带贴在透明直尺上，从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间ti，与图中所示的高度差hi，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示(取g9.8 m/s2，注：表格中M为直尺质量) (1)从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用vi求出的，请你ti 简要分析该同学这样做的理由是： _. (2)请将表格中数据填写完整 (3)通过实验得出的结论是： _. (4)根据该实验请你判断下列Ekh图象中正确的是_ 1关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法正确的是( ) A实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越少，误差就越小 B实验时需称出重物的质量 C纸带上第1、2两点间距若不接近2 mm，则无论怎样处理实验数据，实验误差都一定较大 D处理打点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法 2利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，了以下四种测量方案，正确的是( ) A用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过vgt计算出瞬时速度v B用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v2gh计算出瞬时速度v C根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均 v2 速度，测算出瞬时速度v，并通过hh 2g D用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v 3用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律” (1)下列物理量需要测量的是_，通过计算得到的是_(填写代号) A重锤质量 B重力加速度 C重锤下落的高度 D与下落高度对应的重锤的瞬时速度 (2)设重锤质量为m、打点计时器的打点周期为T、重力加速度为g.图乙是实验得到的一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的连续点根据测得的x1、x2、x3、x4写出重锤由B点到D点势能减少量的表达式_，动能增量的表达式_由于重锤下落时要克服阻力做功，所以该实验的动能增量总是_(选填“大于”、“等于”或“小于”)重力势能的减少量 4在“验证机械能守恒定律”的实验中，使质量m200 g的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示O为纸带下落的起始点，A、B、C为纸带上选取的三个连续的点已知打点计时器每隔T0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g9.8 m/s2，那么 2(1)计算B点的瞬时速度时，甲同学采用vB2gxOB，乙同学采用vBx，其中2T _(选填“甲”或“乙”)同学所选择的方法更符合实验的要求 (2)在计算重力势能时，关于重力加速度g的数值，丙同学用当地的实际重力加速度代入，丁同学通过对纸带上的数据进行分析计算，用纸带下落的加速度代入，其中_(选填“丙”或“丁”)同学的做法是正确的 (3)某同学想根据纸带上的测量数据进一步计算重物和纸带下落过程中所受到的阻力，他先算出纸带下落的加速度，进而算出阻力f_N(保留一位有效数字) 5在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m1.00 kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度为g9.80 m/s2，那么： (1)根据图上所得的数据，应取图中O点到_点来验证机械能守恒定律； (2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量Ep_J，动能增加量Ek_J(结果取三位有效数字)； (3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及物体下落 v2的高度h，则以h为横轴画出的图象是如图中的_ 2 6某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示在气 垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象 (1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的 t1_t2(填“”、“”或“”“”或“Ek，这是因为实验中存在着阻力；通过实验分析可知，在实验误差允许范围内，重物的机械能守恒 答案 (1)先放开纸带后接通电源 (2)左 0.98 m/s 0.49 J 0.48 J 实验中存在着阻力 在实验误差允许范围内，重物的机械能守恒 29力学实验原理与方法的迁移应用 力学实验题目各省市几乎每年都考特点是实验目的明确，实验原理千差万别，实验数据处理方法各种各样，但不管怎样，这些题都是以教材上的分组实验为原型，实验器材的使用、常用实验模型也是固定不变的在做题时，应注意以下几点： (1)找原型：把教材中的实验原型或者相关的物理理论知识在头脑中完整、准确地重现出来 (2)找差别：将实验中所给器材与实验原型中器材进行对比，看一下少了什么器材或什么器材的量程不满足要