南方新高考高考物理大一輪復習 實驗六 驗證機械能守恒定律課件

實驗六 驗證機械能守恒定律實驗準備實驗原理在只有重力做功的自由落體運動中，物體的_和_互相轉化，但總的機械能守恒，若物體某時刻速度為圖 S6-1重力勢能動能故只需借助打點計時器，通過紙帶測出重物某時刻的_和該時刻的_，即可驗證機械能是否守恒.實驗器材鐵架臺(帶鐵夾)，打點計時器，重錘(帶紙帶夾子)，紙帶幾條，復寫紙片，導線，刻度尺，學生電源.下落高度 h瞬時速度 v實驗過程實驗步驟打點計時器學生電源(1)按如圖 S6-2 所示把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導線把_與_連接好.圖 S6-2(2)把紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過打點計時器的_，用手豎直提起紙帶使重錘?？吭赺附近.(3)先接通電源，后釋放重錘并帶著紙帶自由下落.(4)重復幾次，得到 35 條打好點的紙帶.(5)在打好點的紙帶中挑選點跡清晰的一條，在起點標上 O，以后各點依次標上 1、2、3、4用刻度尺測出對應下落高度 h1、h2、h3、h4.(7) 計算各點對應的重力勢能的減少量_ 和動能增加量_，并進行比較.限位孔打點計時器mghn實驗結論做自由落體運動的物體機械能守恒或僅在重力作用下物體機械能守恒.【基礎檢測】實驗時，發(fā)現重錘減少的重力勢能總是大于重錘增加的動能，造成這種現象的主要原因是()A.選用的重錘質量過大B.選用的重錘質量過小C.空氣對重錘的阻力和打點計時器對紙帶的阻力影響過大D.實驗操作不細致，實驗數據測量不準確答案：C考點 1 實驗原理和操作 重點歸納1.實驗原理的理解：三種驗證方案(1)利用起始點和第 n 點計算.測出第 n 點到起始點的距離 hn，算出ghn.2.實驗操作步驟安裝穿紙帶打紙帶處理數據.(1)實驗中打點計時器的安裝，兩紙帶限位孔必須在同一豎直線上，以減小摩擦阻力.(2)實驗時，必須先接通電源，讓打點計時器工作正常穩(wěn)定后再釋放紙帶，讓重錘下落.(3)打點計時器必須接低壓交流電源.(4)重錘的選擇應是質量較大，從而使重力遠大于下落過程中所受的阻力，實現減小實驗誤差的目的.(7)實驗中，只要驗證gh是否等于 即可，不用測量重錘的(5)選用紙帶時盡量挑選第 1、2 點間距離接近 2 mm 的紙帶.(6)測量下落高度時，都必須從起始點算起.只進行一次零刻度對齊，讀出各點高度，減小測量的相對誤差，選取的各個計數點要離起始點較遠，但紙帶也不宜過長，有效長度可在 6080 cm 內.v22質量. 典例剖析例 1：關于“驗證機械能守恒定律”的實驗，下面列出一些實驗步驟：A.用天平稱出重物和夾子的質量B.將重物系在夾子上C.將紙帶穿過打點計時器，上端用手提著，下端夾在系有重物的夾子上，再把紙帶向上拉，讓夾子靜止在靠近打點計時器處D.把打點計時器接在學生電源的交流輸出端，把輸出電壓調至 6 V(電源暫不接通)E.把打點計時器用鐵夾固定到放在桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直線上F.在紙帶上選取幾個點，進行測量并記錄數據G.用秒表測出重物下落的時間H.接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后釋放紙帶I.切斷電源J.更換紙帶，重新進行兩次實驗K.在三條紙帶中選出較好的一條L.進行計算，得出結論，完成實驗報告M.拆下導線，整理器材確步驟的合理順序是_.(填代表的字母)思維點撥：熟悉實驗的操作步驟及每一步操作的作用. 可知，質量 m 可以約去，故可不用測量質量；打點計時器本來就是計時儀器，故不用秒表計時.答案：AGEDBCHIJKFLM【考點練透】1.(2015 年廣西南寧模擬)用如圖 S6-3 甲所示的裝置“驗證機械能守恒定律”.甲乙圖 S6-3(1)下列物理量需要測量的是_，通過計算得到的是_.(填正確答案對應的字母).A.重錘質量B.重力加速度C.重錘下落的高度D.與下落高度對應的重錘的瞬時速度(2)設重錘質量為 m、打點計時器的打點周期為 T、重力加速度為 g.如圖乙所示是實驗得到的一條紙帶，A、B、C、D、E為相鄰的連續(xù)點.根據測得的 s1、s2、s3、s4 寫出重錘由 B 點到 D點勢能減少量的表達式：_，動能增加量的表達式：_.解析：(1)實驗中需要直接測量的是重錘下落的高度，通過計算得到的是與下落高度相對應的重錘的瞬時速度.(2)重錘重力勢能的減少量為 mg(s3s1)，考點 2 紙帶數據的處理和誤差分析 重點歸納1.誤差分析(1)測量誤差：減小測量誤差的方法，一是測下落距離時都從 0 點量起，一次將各打點對應下落高度測量完，二是多測幾次取平均值.(2)系統(tǒng)誤差：因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(如空氣阻力、打點計時器與紙帶間的摩擦力)做功，故動能的增加量Ek稍小于重力勢能的減少量Ep，即EkEk 說明有部分重力勢能轉變成了其他形式的能，是因為下落過程中存在摩擦阻力和空氣阻力的影響.答案：(1)D(2)左0.98下落過程中存在摩擦阻力和空氣阻力的影響【考點練透】2.(2016 年新課標全國卷)某同學用如圖 S6-5 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.甲乙圖 S6-5該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率 f，需要用實驗數據和其他題給條件進行推算.(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，s3 10.10 cm；當重力加速度大小為 9.80 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.(2)重物下落的過程中，由牛頓第二定律可得mgF 阻ma由已知條件 F 阻0.01mg由得 a0.99g考點 3 實驗的改進與創(chuàng)新 重點歸納1.實驗器材的改進由系統(tǒng)動能、重力勢能的變化驗證機械能守恒，所用實驗器材：光電門、氣墊導軌.通過小球自由落體運動的頻閃照片驗證機械能守恒.2.實驗原理的遷移由單一物體的機械能守恒遷移至多物體機械能守恒的驗證. 典例剖析例 3：某同學利用如圖 S6-6 所示的裝置來驗證由小車與鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒.圖 S6-6(1)現提供如下器材：A.小車B.鉤碼C.一端帶滑輪的長木板D.細繩E.電火花打點計時器F.紙帶G.毫米刻度尺H.游標卡尺I.低壓交流電源 J.220 V 交流電源需要的器材是_.(2)為盡可能消除摩擦力對本實驗的影響，使驗證結果盡可能準確，則小車質量 M 和鉤碼質量 m 的關系應該滿足_.(3)小明和小軍同學在做該實驗時，小明認為只要采用平衡摩擦力的方法將摩擦力平衡掉就可以了，無須滿足(2)問中小車質量 M 和鉤碼質量m 的關系，而小軍卻否認小明的看法，你認為小明的看法_(填“正確”或“不正確”)，理由是：_.(4)兩位同學統(tǒng)一觀點后完成實驗，得到一條紙帶，去掉前面比較密集的點，選擇點跡清晰且便于測量的連續(xù) 7 個點(標號為 06)，測出相關距離如圖 S6-7 所示，要驗證在第 2 點與第5 點時系統(tǒng)的機械能相等，則應滿足關系式_(設小車質量 M，鉤碼質量 m，打點周期為 T).圖 S6-7解析：(1)實驗不需要游標卡尺，距離由刻度尺測量，電火花計時器直接使用 220 V 交流電源，不需要低壓交流電源，不需要的器材是 H、I.還需要天平測量鉤碼和小車的質量.(2)為盡可能消除摩擦力對本實驗的影響，使驗證結果盡可能準確，則小車質量 M 和鉤碼質量 m 的關系應該滿足 Mm，這樣能使摩擦力做的功相對少些，以減小機械能的損失.(3)小明的看法不正確，因為平衡摩擦力后，摩擦力還做負功，系統(tǒng)機械能不守恒.(4)利用勻變速直線運動的推論：從第 2 點到第 5 點時系統(tǒng)的動能增加從第 2 點到第 5 點時系統(tǒng)的重力勢能減小量為mg(d5d2)答案：(1)H，I 天平 (2)Mm(3)不正確因為平衡摩擦力后，摩擦力還做負功，系統(tǒng)機械能不守恒【考點練透】3.如圖 S6-8 甲所示是驗證機械能守恒定律的實驗.小圓柱由一根不可伸長的輕繩拴住，輕繩另一端固定.將輕繩拉至水平后由靜止釋放.在最低點附近放置一組光電門，測出小圓柱運動到最低點的擋光時間為t，再用游標卡尺測出小圓柱的直徑 d，如圖乙所示，重力加速度為 g.則甲乙圖 S6-8(1)小圓柱的直徑 d_ cm.(2)測出懸點到圓柱重心的距離為 l，若等式 gl_成立，說明小圓柱下擺過程機械能守恒.(3)若在懸點 O 安裝一個拉力傳感器，測出繩子上的拉力 F，則要驗證小圓柱在最低點的向心力公式還需要測量的物理量是_(用文字和字母表示)，若等式 F_成