【全程复习】(广西专用)2014年高考物理一轮复习 第五章 实验验证机械能守恒定律课件 新人教版.ppt

1、实验 验证机械能守恒定律,通过研究物体自由下落过程中动能与势能的变化，验证机械能守恒定律,在忽略空气阻力，自由下落的物体在运动过程中机械能守恒， 即动能的增加等于重力势能的减少.具体地说： （1）若以物体下落的起始点O为基准点，设物体的质量为m， 测出物体自起始点O下落距离为h时的速度v，则在误差允许范 围内，由计算得出 机械能守恒定律即被验证,（2） 若以物体下落过程中的某一点A为基准点，设物体的质 量为m，测出物体对应于A点的速度vA ，再测出物体由A点下落 h后经过B点的速度vB，则在误差允许范围内，由计算得出 机械能守恒定律即被验证,铁架台（带铁夹）、打点计时器、重锤（带纸带夹子）、纸

2、带数条、复写纸片、导线、毫米刻度尺、低压交流电源,1将打点计时器固定在铁架台上，用导线连接好电路，将纸带固定在重物上，让纸带穿过电火花计时器 2先用手提起纸带，使重物静止在靠近计时器的地方 3接通电源，松开纸带，让重物自由下落，这样计时器就在纸带上打下一系列点 4重复以上步骤，多做几次,5从已打出的纸带中，选出点迹清晰的纸带进行测量 6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，这些距离就是打点计时器打1、2、3、4点时重物下落的 高度h1、h2、h3、h4 7.利用公式 分别求出计时器在打下点2、3、4时 重物的瞬时速度

3、v2、v3、v4,8把得到的数据填入表格，算出打点计时器打2、3、4点时 重物减少的重力势能mgh2、mgh3、mgh4，再算出打点计时器打 2、3、4点时重物增加的动能 根据机 械能守恒定律比较 结果是否一致,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，减小空气阻力产生的影响的方法是：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 （1）由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差；,（2）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等造成实验误差； （3）打点时的阻力对纸

4、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，减小办法一是测距离时都应从O点量起，二是多测几次取平均值,1.安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力 2.实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带 3.选取的初、末位置附近的上、下点迹应清晰，其间的长度不宜太小，也不宜太长，有效长度可在60 cm80 cm,4.为了增加实验的准确性，可重复实验，还可以在一次下落中 测量多个位置的速度，比较重物在这些位置上的动能与势能之 和 5.因通过比较mghBM与 验证机械能守恒，故不需测 重物质量,1.物体的速度可以

5、用光电计时器测量，以减小由于测量和计算带来的误差 2.整个实验装置可以放在真空的环境中操作，如用牛顿管和频闪照相进行验证，以消除由于空气阻力作用而带来的误差 3.可以利用气垫导轨来设计该实验，以减小由于摩擦带来的误差,实验数据的处理及误差分析 【例证1】（2012桂林模拟）用如图所示的实 验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为 学生电源,输出电压为6 V的交流电和直流电两 种，重锤从高处由静止开始下落,重锤上拖着的 纸带打出一系列的点,对图中纸带上的点痕进行 测量,即可验证机械能守恒定律.,（1）下面列举了该实验的几个操作步骤: A.按照图示的装置安装器件; B.将打点计时器接到电源的“直

6、流输出”上； C.用天平测出重锤的质量； D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带； E.测量纸带上某些点间的距离； F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能. 其中没有必要进行的步骤是_，操作不当的步骤是_.,（2）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值.根据打出的纸带,选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图所示.使用电流的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a=_.（用s1、s2、s3、s4及f表示）,（3）在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其主要原因是重锤和纸带下落过程中存在阻力

7、作用，可以通过该实验装置测阻力的大小.若已知当地重力加速度为g,还需要测量的物理量是_.试用这些物理量和纸带上的数据符号表示重锤和纸带在下落的过程中受到的平均阻力大小F=_.,【规范解答】（1）验证机械能守恒定律的实验原理式是 因此没有必要测量重锤的质量,因此步骤C没有必 要进行;打点计时器使用低压交流电源,故步骤B操作不当. （2）电流的频率为f,则相邻的两点之间的时间间隔 又s3-s1=2aT2,s4-s2=2aT2,因此,（3）已经测出重锤下落的加速度,根据牛顿第二定律可得阻力F, 即mg-F=ma,故还应测出重锤质量m,则 答案：（1）C B （2） （3）重锤的质量m,用光电门和气垫

8、导轨进行验证 【例证2】（2012玉林模拟）现要通 过实验验证机械能守恒定律.实验装置 如图所示:水平桌面上固定一倾斜的气 垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮 光片的滑块,其总质量为M,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与 一质量为m的砝码相连，遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B 点有一光电门,可以测试遮光片经过光电门时的挡光时间t,用d,表示A点到导轨底端C点的距离,h表示A与C的高度差,b表示遮光 片的宽度,s表示A、B两点的距离,将遮光片通过光电门的平均速 度看做滑块通过B点时的瞬时速度，用g表示重力加速度，若将 滑块自A点由静止释放,则在滑块从A运动至B的过程中,滑块、遮 光片与砝码组成的

9、系统重力势能的减少量可表示为_；动 能的增加量可表示为_；若在运动过程中机械能守恒， 与s的关系式为 =_.,【规范解答】（1）设滑块从A至B过程中下落的高度差为h1，则 在该过程中滑块减少的重力势能 砝码 增加的重力势能 则在滑块从A至B的过程中，滑块、遮 光片与砝码组成的系统重力势能的减少量为 （2）因为 则系统动能的增加量为 即,（3）若在运动过程中机械能守恒，则有Ep=Ek,即 故有 答案：,1.（2012佛山模拟）（1）在“验证机械能守恒定律”实验中，打出的纸带如图所示.设重锤质量为m，交流电源周期为T，则打点4时重锤的动能可以表示为_.,（2）为了求起点0到点4重锤的重力势能变化，

10、需要知道重力加速度g的值，这个g值应该是（ ） A.取当地的实际g值 B.根据打出的纸带，用s=gT2求出 C.近似取10 m/s2即可 D.以上说法均不对,【解析】（1）由 可知， （2）为了实验的精确性，重力加速度的数值应该取当地的重力 加速度，选项A正确而C错误；由于摩擦阻力的存在，物体下落 的加速度应该小于g，故选项B错误. 答案：（1） （2）A,2.（2012潍坊模拟）用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，质量为m kg的重物拖着纸带由静止开始下落，打点计时器在纸带上打出一系列点，在纸带上选取三个相邻计数点A、B、C，相邻计数点时间间隔为0.10 s，O是重物刚开始下落时打下的第一

11、个点，计数点间的距离如图乙所示.（g取9.8 m/s2，结果保留两位有效数字）,（1）在纸带上打下计数点B时的速度v=_m/s； （2）在打点O到B的过程中，重物动能的增加量Ek=_m J，重物重力势能的减少量Ep=_m J； （3）实验中误差产生的原因有_.（写出两个原因即可）,【解析】（1） （2）从O到B的过程中，重物动能的增加量： 重物重力势能的减少量：Ep=mghOB=5.3m J. （3）空气阻力；纸带受到打点计时器的阻力作用；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差.（任选其二） 答案：（1）3.2 （2）5.1 5.3 （3）见解析,3.在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知电磁打

12、点计时 器所用的电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g= 9.80 m/s2，测得所用的重物质量为1.00 kg.实验中得到一条 点迹清晰的纸带（如图所示），把第一个点记为O，另选连续 的四个点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62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、 85.73 cm.,（1）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（取三位有效数字）. （2）根据以上数据，可知重物下落时的实际加速度a=_m/s2，a_g（填“大于”或“小于”），原因是_.,【解析】（1）由题意知重物

13、由O点运动至C点，下落的高度为 hC=77.76 cm=0.777 6 m，m=1.00 kg，g=9.80 m/s2，所以重 力势能的减少量为Ep=mghC=1.009.800.777 6 J=7.62 J. 重物经过C点时的速度 又因为T=0.02 s、OD=85.73 cm=0.857 3 m、OB=70.18 cm= 0.701 8 m,所以 故重物动能的增加量Ek为 （2）根据CD-AB=2aT2,CD=OD-OC,AB=OB-OA，代入数据得 a=9.75 m/s2g. 实验中重物受空气阻力，纸带受限位孔或打点计时器振针的阻 力作用，导致ag. 答案：（1）7.62 7.57 （2

14、）9.75 小于 重物受空气阻 力，纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力,4.（2012徐州模拟）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变化的图线.,（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（选填“”、“=”或“”）时，说明气垫导轨已经水平. （2）用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d=_mm.,（3）滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若t1、t2和d已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出_和_（写出物理量的名称及符号）. （4）若上述物理量间满足关系式_