高考物理總復(fù)習(xí) 第五章 第六講 實驗：驗證機械能守恒定律課件 新人教版必修2

(對應(yīng)學(xué)生用書P98)一、實驗?zāi)康睦米杂陕潴w運動驗證只有重力作用下的物體機械能守恒三、實驗器材鐵架臺(含鐵夾)，打點計時器，學(xué)生電源，紙帶，復(fù)寫紙，導(dǎo)線，刻度尺，天平(也可不選)，重物問題探究在計算n點的速度時，能否可以利用vngnT計算求得？提示若利用公式vngnT計算第n點的瞬時速度，說明物體下落的加速度為g，在此前提下機械能一定守恒，不需實驗驗證所以本實驗需要的物體在某一時刻的實際速度，應(yīng)由紙帶上的數(shù)據(jù)求解，而不是利用公式vngnT計算求得四、實驗步驟1測質(zhì)量：用天平測出重物的質(zhì)量m(也可不測)2安裝置：按右圖將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路3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靠近打點計時器的地方. 先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落更換紙帶重復(fù)做3次5次實驗五、實驗改進1物體的速度可以用光電計時器測量，以減小由于測量和計算帶來的誤差2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3可以利用氣墊導(dǎo)軌來設(shè)計該實驗，以減小由于摩擦帶來的誤差(對應(yīng)學(xué)生用書P98)要點一誤差分析1.本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量Ek稍小于重力勢能的減少量Ep，即EkEp，這屬于系統(tǒng)誤差改進的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力2本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬偶然誤差. 減小誤差的辦法是測下落距離時都從O點量起，一次將各打點對應(yīng)的下落高度測量完，或者多次測量取平均值要點二注意事項1.應(yīng)盡可能控制實驗條件，即應(yīng)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(yán)格豎直，以減小摩擦阻力(2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小2實驗中，提紙帶的手要保持不動，且保證紙帶豎直. 接通電源后，打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶4測量下落高度時，為了減小測量值h的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點遠一些，紙帶也不易過長，有效長度可在60 cm80 cm之間(2010新課標(biāo)全國)圖為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖現(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、天平回答下列問題：(1)為完成此實驗，除了所給的器材，還需要的器材有_(填入正確選項前的字母)A米尺 B秒表C012 V的直流電源 D012 V的交流電源(2)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有_(寫出兩個原因)解析(1)打點計時器使用的電源為交流電源，故應(yīng)選取012 V的交流電源，D正確；利用米尺測量紙帶上各點間的距離A正確本實驗中利用打點計時器作為計時工具，所以不需要秒表，B錯誤(2)實驗誤差的來源主要是由于紙帶在下滑的過程中需要克服摩擦力做功，以及用米尺測量數(shù)據(jù)時讀數(shù)有誤差答案(1)AD(2)紙帶和打點計時器之間有摩擦；用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差(對應(yīng)學(xué)生用書P98)題型一實驗數(shù)據(jù)的處理 答案(1)打第一個點時重物的初速度為零2 mm(2)0.59 m/s0.17 J0.17 J機械能守恒(3)C題型二實驗的拓展和遷移例2 某實驗小組利用如下圖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(1)實驗前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何判斷導(dǎo)軌是否水平？_(2)如下圖所示(經(jīng)放大后的)，游標(biāo)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光電門的時間t1.2102 s，則滑塊經(jīng)過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、_和_(文字說明并用相應(yīng)的字母表示)(3)本實驗通過比較_和_在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等(用測量的物理量符號表示)，從而驗證系統(tǒng)的機械能守恒(對應(yīng)學(xué)生用書P99)1關(guān)于驗證機械能守恒定律實驗的下列說法中，哪些是正確的()A選用重物時，重的比輕的好B選用重物時，體積小的比體積大的好C選取重物后，要稱出它的質(zhì)量D重物所受的重力，應(yīng)遠大于它所受的空氣阻力和紙帶受到打點計時器的阻力解析在選取重物時，由于有空氣阻力和摩擦阻力的存在，應(yīng)該選取質(zhì)量比較大的、體積比較小的重物，這樣可以使重物的重力遠大于它所受的空氣阻力和紙帶受到的打點計時器的摩擦阻力答案ABD2(2010安徽高考)利用圖示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h.某班同學(xué)利用實驗得到的紙帶，設(shè)計了以下四種測量方案答案d3(2011廣州模擬)“驗證機械能守恒定律”的實驗可以采用下圖所示的甲或乙方案來進行(1)比較這兩種方案，_(選填“甲”或“乙”)方案好些，理由是_(2)圖丙是該實驗中得到的一條紙帶，測得每兩個計數(shù)點間的距離如圖所示，已知每兩個計數(shù)點之間的時間間隔T0.1 s，物體運動的加速度a_；該紙帶是采用_(選填“甲”或“乙”)實驗方案得到的. 簡要寫出判斷依據(jù)_(3)如下圖丁是采用甲方案得到的一條紙帶，在計算圖中N點速度時，幾位同學(xué)分別用下列不同的方法進行，其中正確的是()解析(1)機械能守恒的前提是只有重力做功，實際操作的方案中應(yīng)該使摩擦力越小越好，所以甲方案好(2)處理紙帶數(shù)據(jù)時，為減小誤差一般采用逐差法，得a4.8 m/s2(4.7 m/s24.9 m/s2均可). 該紙帶是采用乙實驗方案得到的，這是因為物體運動的加速度比重力加速度小很多(3)勻變速運動中某一段的平均速度等于中間時刻的瞬時速度. 因為所取計時起點O的速度不一定為零，所以A、D錯，B、C項對答案(1)甲見解析(2)4.8 m/s2乙見解析(3)B、C4在用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量m1.00 kg的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列點. 如上圖所示為選取的一條符合實驗要求的紙帶，O為第一個點(速度恰好為零)，每兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，選連續(xù)的3個計數(shù)點A、B、C作為測量的點，如圖所示，經(jīng)測量知道A、B、C各點到O點的距離分別為50.50 cm、86.00 cm、130.50 cm.已知打點計時器每隔0.02 s打一次點，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可計算出打B點時的速度vB_m/s；重物由O點運動到B點，重力勢能減少了_J，動能增加了_J根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，還可以求出物體實際下落的加速度為_m/s2，物體在從A到B下落的過程中所受到的平均阻力為_N(計算結(jié)果都要保留3位有效數(shù)字)，該阻力的來源主要有：(1)_；(2)_分析紙帶受到的力有：重力、重物受到的空氣阻力、紙帶與限位孔之間的摩擦力等力的作用，所以阻力的來源是以上除重力之外的力答案4.008.438.009.000.800(1)重物受到的空氣阻力(2)紙帶與限位孔之間的摩擦力5(2011承德聯(lián)考)某同學(xué)利用透明直尺和光電計時器來驗證機械能守恒定律，實驗的簡易示意圖如下圖所示當(dāng)有不透光物體從光電門間通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間. 所用的西甌XDS007光電門傳感器可測的最短時間為0.01 ms.將擋光效果好、寬度為d3.8103 m的黑色磁帶貼在透明直尺上，從一定高度由靜止釋放，并使其豎直通過光電門某同學(xué)測得各段黑色磁帶通過光電門的時間t1與圖中所示的高度差h1，并將部分?jǐn)?shù)據(jù)進行了處理，結(jié)果如下表所示(取g9.8 m/s2，注：表格中M為直尺質(zhì)量)請將表格中數(shù)據(jù)填寫完整通過實驗得出的結(jié)論是：_.根據(jù)該實驗請你判斷下列Ekh圖象中正確的是()答案瞬時速度等于極短時間或極短位移內(nèi)的平均速度4.224.00 M或4.01 M4.01 M或4.02 M在誤差允許的范圍內(nèi)，重力勢能的減少量等于動能的增加量C