2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實驗六 驗證機械能守恒定律課件.ppt

實驗六 驗證機械能守恒定律 1 實驗?zāi)康?驗證機械能守恒定律 故只需借助打點計時器 通過紙帶測出重錘某時刻的 和該時刻的 即可驗證機械能是否守恒 下落高度h 瞬時速度v 測定第n點的瞬時速度的方法 測出第n點相鄰的前 后 兩段相等時間T內(nèi)下落的距離sn和sn 1 則vn 如圖S6 1所示 圖S6 1 3 實驗器材 鐵架臺 帶鐵夾 打點計時器 重錘 帶紙帶夾子 紙帶若干 復(fù)寫紙片 導(dǎo)線 和學(xué)生電源 4 實驗步驟 圖S6 2 刻度尺 1 安裝 準備 按如圖S6 2所示裝置把打點計時器安裝在鐵架臺上 用導(dǎo)線把打點計時器與學(xué)生電源連接好 把紙帶的一端用夾子固定在重錘上 另一端穿過計時器限位孔 用手豎直提起紙帶使重錘停靠在打點計時器附近 2 打紙帶 先接通電源 后釋放紙帶 讓重錘帶著紙帶自由下落 這樣計時器就在紙帶上打下了一系列點 更換紙帶重復(fù)上述步驟做3 5次實驗 2 2 5 數(shù)據(jù)處理在起始點標上0 在以后各點依次標上1 2 3 用刻度尺測出對應(yīng)下落高度h1 h2 h3 6 誤差分析 1 偶然誤差 測量長度時會帶來誤差 減少誤差的辦法是 測距離時 都應(yīng)從第一個點O量起 多測幾次取平均值 2 系統(tǒng)誤差 實驗中重錘和紙帶在下落過程中要克服阻力 主要是打點計時器的阻力 做功 故動能的增加量 Ek必定稍小于勢能的減少量 Ep 考點1 基本實驗原理與實驗操作的考查 典題1 在 驗證機械能守恒定律 實驗中 兩個實驗小組的同學(xué)分別采用了如圖S6 3甲和乙所示的裝置將重物由靜止釋放 采用兩種不同的實驗方案進行實驗 甲 乙 圖S6 3 1 關(guān)于兩圖裝置中重物以及實驗器材的選擇 下列說法正 確的是 A 在圖甲中 下落物體應(yīng)選擇密度大的重物B 在圖乙中 兩個重物的質(zhì)量關(guān)系是m1 m2 C 采用這兩種方案進行實驗 都還需要的實驗器材有交流 電源 刻度尺和天平 D 采用這兩種方案進行實驗 都必須先釋放重物 再接通 打點計時器的電源 2 比較這兩種實驗方案 你認為 更合理 理由是 解析 1 為了減小空氣阻力對實驗結(jié)果的影響 圖甲中的重物應(yīng)選擇質(zhì)量大 體積小的重物 即密度大的重物 選項A正確 圖乙是驗證兩個重物系統(tǒng)機械能是否守恒 要求m1向下運動 m2向上運動 所以m1 m2 選項B正確 圖甲實驗驗證 重力勢能的減少量mgh是否相等 不需要測量重物的質(zhì)量 所以實驗器材不需要天平 圖乙實驗驗證兩個物體m1和m2組成 和系統(tǒng)重力勢能的減少量m1gh m2gh是否相等 需要測量兩個重物的質(zhì)量 所以實驗器材需要天平 選項C錯誤 采用圖甲 乙裝置的方案進行實驗 應(yīng)先接通打點計時器的電源 然后釋放重物 選項D錯誤 2 圖甲裝置的方案更合理 因為圖乙中細線與滑輪之間的阻力會影響實驗結(jié)果 答案 1 AB 2 圖甲裝置的方案 圖乙中滑輪與細繩間 的阻力會影響實驗結(jié)果 方法技巧 1 安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn) 使兩限位孔 在同一豎直平面內(nèi)以減少摩擦阻力 2 重物應(yīng)選用質(zhì)量大 體積小 密度大的材料 3 應(yīng)先接通電源 讓打點計時器正常工作后 再松開紙帶 讓重物下落 4 紙帶長度應(yīng)選用60cm左右為宜 應(yīng)選用點跡清晰的紙 帶進行測量 考點2 數(shù)據(jù)處理與誤差分析 典題2 2016年北京卷 利用如圖S6 4所示裝置做 驗證機械能守恒定律 實驗 圖S6 4 1 為驗證機械能是否守恒 需要比較重物下落過程中任意兩點間的 A 動能變化量與勢能變化量B 速度變化量和勢能變化量C 速度變化量和高度變化量 2 除帶夾子的重物 紙帶 鐵架臺 含鐵夾 電磁打點計時器 導(dǎo)線及開關(guān)外 在下列器材中 還必須使用的兩種器材是 A 交流電源 B 刻度尺 C 天平 含砝碼 3 實驗中 先接通電源 再釋放重物 得到如圖S6 5所示的一條紙帶 在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A B C 測得它們到起始點O的距離分別為hA hB hC 圖S6 5 已知當?shù)刂亓铀俣葹間 打點計時器打點的周期為T 設(shè)重物的質(zhì)量為m 從打O點到打B點的過程中 重物的重力勢能變化量 Ep 動能變化量 Ek 4 大多數(shù)學(xué)生的實驗結(jié)果顯示 重力勢能的減少量大于動 能的增加量 原因是 A 利用公式v gt計算重物速度C 存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D 沒有采用多次實驗取平均值的方法 5 某同學(xué)想用下述方法研究機械能是否守恒 在紙帶上選取多個計數(shù)點 測量它們到起始點O的距離h 計算對應(yīng)計數(shù)點的重物速度v 描繪v2 h圖象 并做如下判斷 若圖象是一條過原點的直線 則重物下落過程中機械能守恒 請你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確 本實驗可從多個角度進行創(chuàng)新 1 實驗器材的創(chuàng)新 利用光電門測出擋光條通過光電門的時間 t 從而利用 利用氣墊導(dǎo)軌代替長木板 減小阻力對實驗結(jié)果的影響 2 實驗數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新 將滑塊 擋光條 托盤和砝碼看 作一個系統(tǒng)來驗證系統(tǒng)機械能守恒 3 本實驗還可以從以下兩個方面創(chuàng)新 整個實驗裝置可以放在真空的環(huán)境中操作 如用牛頓管和頻閃照相進行驗證 以消除由于空氣阻力作用而帶來的誤差 考向1 利用光電門驗證機械能守恒定律 典題3 2016年江蘇卷 某同學(xué)用如圖S6 6所示的裝置驗證機械能守恒定律 一根細線系住鋼球 懸掛在鐵架臺上 鋼球靜止于A點 光電門固定在A的正下方 在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條 將鋼球拉至不同位置由靜止釋放 遮球經(jīng)過A點時的速度 記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t 計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小 Ep與動能變化大小 Ek 就能驗證機械能是否守恒 圖S6 6 1 用 Ep mgh計算鋼球重力勢能變化的大小 式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到 之間的豎直距離 B 鋼球在A點時的球心 A 鋼球在A點時的頂端C 鋼球在A點時的底端 遮光條寬度 示數(shù)如圖S6 7所示 其讀數(shù)為 cm 某次測量中 計時器的示數(shù)為0 0100s 則鋼球的速度為 v m s 圖S6 7 3 下表為該同學(xué)的實驗結(jié)果 他發(fā)現(xiàn)表中的 Ep與 Ek之間存在差異 認為這是由于空氣 阻力造成的 你是否同意他的觀點 請說明理由 4 請你提出一條減小上述差異的改進建議 答案 1 B 2 1 50 1 49 1 51均正確 1 50 1 49 1 51均正確 3 不同意 因為空氣阻力會造成 Ek小于 Ep 但表中 Ek 大于 Ep 4 分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l 計算 Ek 考向2 對兩個物體組成的系統(tǒng)驗證機械能守恒 典題4 2017年陜西西安高新一中一模 某實驗小組利用如圖S6 8所示的實驗裝置來驗證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機械能守恒 圖S6 8 1 如圖S6 9所示 用游標卡尺測得遮光條的寬度d cm 實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放 由數(shù)字計時 器讀出遮光條通過某光電門的時間 t 1 35 10 2s 則滑塊經(jīng) 過該光電門時的瞬時速度為 m s 在本次實驗中還需要測量的物理量有鉤碼的質(zhì)量m 滑塊的質(zhì)量M和 文字說明并用相應(yīng)的字母表示 圖S6 9 2 在這個過程中系統(tǒng)減少的重力勢能為 系統(tǒng)增加的動能為 只要兩者在誤差允許范圍內(nèi)相等 即可驗證機械能守恒 用測量的物理量字母表示 碼重力勢能的減小量和系統(tǒng)動能的增加量 因此需要測量的物理量有鉤碼的質(zhì)量m 滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離x 滑塊的質(zhì)量M 0 4 滑塊上的遮光條初始位置到光電門 答案 1 0 540的距離x