（新課標）2018-2019學年高考物理 2.8 實驗：驗證機械能守恒定律課件.ppt

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1、2.8實驗：驗證機械能守恒定律,一、實驗目的 1.會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度。 2.掌握利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的原理和方法。 二、實驗原理 讓物體自由下落，忽略阻力情況下物體的機械能守恒，有兩種方案驗證物體的機械能守恒：,mgh,打點計時器,三、實驗器材 鐵架臺(帶鐵夾)、_、重錘(帶夾子)、紙帶、復寫紙、導線、毫米刻度尺、_。,mgh,低壓交流電源,四、實驗步驟,1.安裝置：按圖將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路。,2.打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上；另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在_打點計時器的地方。先_，后松開

2、紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復做35次實驗。 3.選紙帶：選取點跡較為清晰且開始的兩點間距離約為_ 的紙帶，把紙帶上打出的第一個點作為起始點，記作O，在距離O點較遠處再依次選出計數(shù)點1、2、3 4.測距離：用刻度尺測出O點到1、2、3的距離，即為對應下落的高度h1、h2、h3,靠近,接通電源,2 mm,五、數(shù)據(jù)處理,1.計算各點對應的瞬時速度：記下第1個點的位置O，在紙帶上從離O點適當距離開始選取幾個計數(shù)點1、2、3并測量出各計數(shù)點到O點的距離h1、h2、h3再根據(jù)公式vn_，計算出1、2、3、4、n點的瞬時速度v1、v2、v3、v4vn。,2.機械能守恒驗證,方法三：圖象法。,原

3、點,g,六、誤差分析,1.在進行長度測量時，測量及讀數(shù)不準造成誤差。 2.重物下落要克服阻力做功，部分機械能轉(zhuǎn)化成_，下落高度越大，機械能損失越多，所以實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)了各計數(shù)點對應的機械能依次略有減小的現(xiàn)象。 3.由于交流電的周期不穩(wěn)定，造成打點時間間隔變化而產(chǎn)生誤差。,內(nèi)能,七、注意事項 1.應盡可能控制實驗滿足機械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有： (1)安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，以減小_。 (2)應選用質(zhì)量和密度較_的重物，增大重力可使阻力的影響相對_，增大密度可以減小體積，使空氣阻力減小。,摩擦阻力,大,減小,2.紙帶選取,試題案例,例1

4、 如圖1為驗證“機械能守恒定律”的實驗裝置示意圖?，F(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平?；卮鹣铝袉栴}：,實驗原理與操作,圖1,(1)為完成此實驗，除了所給的器材外，還需要的器材 有_。(填入正確選項前的字母) A.米尺B.秒表 C.012 V的直流電源D.012 V的交流電源,(2)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟： A.按照圖示的裝置安裝器材 B.將打點計時器接到電源的“直流輸出”上 C.用天平測出重錘的質(zhì)量 D.先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶 E.測量紙帶上某些點間的距離 F.根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能 其中操作不

5、當?shù)牟襟E是_。 (3)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有_ _(寫出兩個原因)。,(4)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值。根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出各點之間的距離如圖2所示。使用交流電源的頻率為f，則計算重錘下落的加速度的表達式a_。(用x1、x2、x3、x4及f表示),解析(1)為完成此實驗，除了所給的器材外，還需要米尺、012 V的交流電源。 (2)其中操作不當?shù)牟襟E是將打點計時器接到電源的“直流輸出”上，打點計時器需要交流電源。 (3)紙帶與打點計時器之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差；計算重力勢能變化時，選取初、末兩點距離

6、過近；交流電源頻率不穩(wěn)定等。,針對訓練1 (2018寧波高一檢測)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中： (1)下列物理量中需要用工具直接測量的有() A.重物的質(zhì)量 B.重力加速度 C.重物下落的高度 D.與重物下落高度對應的重物的瞬時速度,答案(1)C(2)過原點的傾斜直線重力加速度g,實驗數(shù)據(jù)的處理,例2 (2018襄陽高一檢測)某同學做“驗證機械能守恒定律”實驗時，不慎將一條挑選出的紙帶的一部分損壞，損壞的是前端部分，剩下的一段紙帶上各相鄰點間的距離已測出標在圖中，單位是cm。打點計時器工作頻率為50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2。,試題案例,(1)重物在2點的速度v2_，在5點的

7、速度v5_，此過程中動能增加量Ek_，重力勢能減少量Ep_。由以上可得出實驗結(jié)論_ _。 (2)重物獲得的動能往往_(填“大于”“小于”或“等于”)減少的重力勢能，實驗中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是_。,(3)根據(jù)實驗判斷下列圖象正確的是(其中Ek表示重物動能的變化量，h表示物體下落的高度)(),(3)重物機械能守恒，重物減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為增加的動能，即Ekmgh，可見重物增加的動能與下落的距離成正比，選項C正確。 答案(1)1.50 m/s2.075 m/s1.03m J1.06m J在誤差允許的范圍內(nèi)，機械能守恒 (2)小于紙帶受到摩擦力作用(3)C,針對訓練2 某同學用圖4甲所示的實驗裝置“驗

8、證機械能守恒定律”，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和40 Hz，打出紙帶的一部分如圖乙所示。該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數(shù)據(jù)和其他條件進行推算。,(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖乙中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為_，打出C點時重物下落的速度大小為_，重物下落的加速度大小為_。 (2)已測得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2，實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為_Hz。,實驗創(chuàng)新設計,試題案例

9、,例3 (2018青島高一檢測)利用如圖5所示實驗裝置來“驗證機械能守恒定律”。通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落，下落過程中小鐵球經(jīng)過光電門B時，毫秒計時器(圖中未畫出)記錄下小鐵球的擋光時間t。實驗前調(diào)整光電門位置，使小球下落過程中，小鐵球球心垂直細激光束通過光電門，當?shù)刂亓铀俣葹間。,圖5,(1)為了驗證小鐵球下落過程中機械能是否守恒，還需要測量的物理量是_。 A.A點距地面的高度H B.A、B之間的距離h C.小鐵球從A到B的下落時間tAB D.小鐵球的直徑d (2)小鐵球通過光電門時的瞬時速度v_；要驗證小鐵球下落過程中機械能是否守恒，只需驗證等式_是否成立即可(用實驗中測得物理

10、量的符號表示)。,解析(1)根據(jù)實驗原理可知，需要測量的是A點到光電門B的距離，故A錯誤，B正確；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度，不需要測量下落時間，故C錯誤；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度時，需要知道擋光物體的尺寸，因此需要測量小球的直徑，故D正確。,針對訓練3 現(xiàn)利用如圖6所示裝置驗證機械能守恒定律。圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30，1和2是固定在斜面上適當位置的兩個光電門，與它們連接的光電計時器都沒有畫出。讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的光電計時器顯示的擋光時間分別為5.00102 s、2.00102 s。已知滑塊質(zhì)量為2.00 kg，滑塊沿斜面方向的長度為5.00 cm，光電門1和2之間的距離為0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑塊經(jīng)過光電門時的速度為其平均速度。,圖6,(1)滑塊經(jīng)過光電門1時的速度v1_ m/s，通過光電門2時的速度 v2_ m/s。 (2)滑塊通過光電門1、2之間的動能增加量為_J，重力勢能的減少量為_J。,答案(1)1.002.50(2)5.255.29,