（通用版）2018-2019版高考物理總復習 主題三 機械能及其守恒定律 3.8實驗：驗證機械能守恒定律課件 新人教版.ppt

3.8實驗：驗證機械能守恒定律,實驗?zāi)康?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。,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,實驗器材,鐵架臺(帶鐵夾)、 _、重錘(帶紙帶夾子)、紙帶、復寫紙、導線、毫米刻度尺、 _。,mgh,電磁打點計時器,低壓交流電源,實驗過程 一、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有兩點間的距離約為_的紙帶，把紙帶上打出的兩點間的距離為2 mm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(yīng)下落的高度h1、h2、h3,靠近,接通電源,2 mm,二、數(shù)據(jù)處理 1.計算各點對應(yīng)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,原點,g,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(yīng)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,注意事項 1.應(yīng)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(yīng)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：,實驗原理與操作,精典示例 例1 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。回答下列問題：,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.先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶 D.測量紙帶上某些點間的距離 E.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),圖2,實驗數(shù)據(jù)的處理,精典示例 例2 某同學用圖3甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，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。,圖3,(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。,1.甲同學準備做“驗證機械能守恒定律”的實驗，乙同學準備做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗。,(1)圖4中A、B、C、D、E表示部分實驗器材，甲同學需在圖中選用的器材有_；乙同學需在圖中選用的器材有_。(用字母表示),圖4,(2)乙同學在實驗室選齊所需器材后，經(jīng)正確操作獲得如圖5所示的兩條紙帶和。紙帶_(選填“”或“”)的加速度大，其加速度大小為_。,圖5,答案(1)A、BB、D、E(2)2.50 m/s2 (2.482.52 m/s2均可),2.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中：,(1)從下列器材中選出實驗所必須的，其編號為_。 A.打點計時器(包括紙帶) B.重錘 C.天平 D.毫米刻度尺 E.秒表(或停表) F.運動小車,(2)進行實驗時，為保證重物下落時初速度為零，應(yīng)_。 A.先接通電源，再釋放紙帶 B.先釋放紙帶，再接通電源 (3)下列說法中正確的是_。 A.實驗中用打點計時器時，一定用到低壓直流電源 B.選用重物時，同樣大小、形狀的重物應(yīng)選重一點的比較好 C.要選用第1、2兩點距離接近2 mm的紙帶 D.實驗結(jié)果總是動能增加量略小于重力勢能的減少量,答案(1)ABD(2)A(3)BCD,3.(2018鄭州高一檢測)如圖6是利用重物自由下落驗證機械能守恒定律的實驗裝置。,圖6,(1)在驗證機械能守恒定律的實驗中，沒有必要進行的操作是_。 A.用天平測重物的質(zhì)量 B.用秒表測重物下落的時間 C.用打點計時器記錄重物下落的信息 D.用紙帶記錄測量重物下落的高度,(2)該實驗所用打點計時器的電源頻率為50 Hz，如圖7所示，A、B、C為紙帶中選取的三個計數(shù)點，每兩個計數(shù)點之間還有4個點未畫出，則每兩個計數(shù)點之間的時間間隔T_s，打點計時器在打下計數(shù)點B時，物體的下落速度為vB_m/s。(小數(shù)點后保留兩位小數(shù)),圖7,(3)由于該實驗中存在阻力做功，所以實驗測得的重物的重力勢能的減少量_(選填“”“”或“”)動能的增加量。,(3)由于紙帶通過時受到較大的阻力和重物受到的空氣阻力，重力勢能有相當一部分轉(zhuǎn)化為摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能，所以重力勢能的減少量明顯大于動能的增加量。 答案(1)AB(2)0.12.36(3),4.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8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，重物質(zhì)量為m。,圖8,(1)重物在2點時的速度v2_，在5點時的速度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)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表示重物下落的高度)(),(2)重物機械能守恒，應(yīng)有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)C,5.(2018青島高一檢測)利用如圖9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9,(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(用實驗中測得物理量的符號表示)。,6.現(xiàn)利用如圖10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5.00102s、2.00102s。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。,(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。,圖10,答案(1)1.002.50(2)5.255.29,