《2017届高考物理一轮总复习课件：必修2.5实验六验证机械能守恒定律解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017届高考物理一轮总复习课件：必修2.5实验六验证机械能守恒定律解析（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验六验证机械能守恒定律 一 实验步骤1 安装置按图示将调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上 接好电路 2 打纸带将纸带的一端用夹子固定在重物上 另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方 先接通电源 后松开纸带 让重物带着纸带自由下落 更换纸带重复做3 5次实验 实验过程 3 选纸带分两种情况说明 1 如果根据验证时 应选点迹清晰 打点成一条直线 且1 2两点间距离小于或接近2mm的纸带 2 如果根据验证时 由于重力势能的相对性 处理纸带时 选择适当的点为基准点即可 这样纸带上打出的第1 2两点间的距离是否为2mm就无关紧要了 只要后面的点迹清晰就可选用 二 数
2、据处理方法一 利用起始点和第n点计算 代入mghn和如果在实验误差允许的条件下mghn和相等 则验证了机械能守恒定律 方法二 任取两点计算 1 任取两点A B测出hAB 算出mghAB 2 算出的值 3 在实验误差允许的条件下 若mghAB 成立 则验证了机械能守恒定律 方法三 采用图像法 从纸带上选取多个点 测量从第一点到其余各点的下落高度h 并计算各点速度的平方v2 然后以为纵轴 以h为横轴 根据实验数据绘出图线 若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线 则验证了机械能守恒定律 误差分析 注意事项 1 安装打点计时器时要竖直架稳 使其两限位孔在同一竖直线上以减小摩擦阻力 2 重
3、物应选用质量和密度较大 体积较小的物体以减小空气阻力的影响 3 应先接通电源 让打点计时器正常工作后 再松开纸带让重物下落 4 纸带长度选用60cm左右为宜 应选用点迹清晰的纸带进行测量 5 速度不能用vn gtn或vn 计算 因为只要认为加速度为g 机械能当然守恒 即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律 况且用vn gtn计算出的速度比实际值大 会得出机械能增加的结论 而因为摩擦阻力的影响 机械能应该减小 所以速度应从纸带上直接测量计算 同样的道理 重物下落的高度h 也只能用毫米刻度尺直接测量 而不能用或计算得到 实验改进 1 物体的速度可以用光电计时器测量 以减小由于测量和计算带来的误
4、差 2 整个实验装置可以放在真空的环境中操作 如用牛顿管和频闪照相进行验证 以消除由于空气阻力作用而带来的误差 3 可以利用气垫导轨来设计该实验 以减小由于摩擦带来的误差 4 为防止重物被释放时的初速度不为零 可将装置改成如图所示形式 剪断纸带最上端 让重物从静止开始下落 热点1实验数据的处理及误差分析 典例1 在 验证机械能守恒定律 的实验中 已知电磁打点计时器所用的电源的频率为50Hz 查得当地的重力加速度g 9 80m s2 测得所用的重物质量为1 00kg 实验中得到一条点迹清晰的纸带 如图所示 把第一个点记为O 另选连续的四个点A B C D作为测量的点 经测量知道A B C D各点
5、到O点的距离分别为62 99cm 70 18cm 77 76cm 85 73cm 1 根据以上数据 可知重物由O点运动到C点 重力势能的减少量等于J 动能的增加量等于J 取三位有效数字 2 根据以上数据 可知重物下落时的实际加速度a m s2 ag 选填 大于 或 小于 原因是 标准解答 1 由题意知重物由O点运动至C点 下落的高度为hC 77 76cm 0 7776m m 1 00kg g 9 80m s2 所以重力势能的减少量为 Ep mghC 1 00 9 80 0 7776J 7 62J 重物经过C点时的速度又因为T 0 02s OD 85 73cm 0 8573m OB 70 18c
6、m 0 7018m所以故重物动能的增加量 Ek为 Ek 2 根据CD AB 2aT2 CD OD OC AB OB OA 代入数据得a 9 75m s2 g 实验中重物受空气阻力 纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力作用 导致a g 答案 1 7 627 57 2 9 75小于重物受空气阻力 纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力 热点2实验原理的拓展创新 典例2 2011 海南高考 现要通过实验验证机械能守恒定律 实验装置如图所示 水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨 导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块 其总质量为M 左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连 遮光片两条长边与导轨垂直 导轨
7、上B点有一光电门 可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t 用d表示A点到导轨底端C点的距离 h表示A与C的高度差 b表示遮光片的 宽度 s表示A B两点的距离 将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度 用g表示重力加速度 完成下列填空和作图 1 若将滑块自A点由静止释放 则在滑块从A运动至B的过程中 滑块 遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为 动能的增加量可表示为 若在运动过程中机械能守恒 与s的关系式为 2 多次改变光电门的位置 每次均令滑块自同一点 A点 下滑 测量相应的s与t值 结果如表所示 以s为横坐标 为纵坐标 在坐标纸中描出第1和第5个数据点 根据5个数据
8、点作直线 求得该直线的斜率k 104m 1 s 2 保留3位有效数字 由测得的h d b M和m数值可以计算出直线的斜率k0 将k和k0进行比较 若其差值在实验允许的范围内 则可认为此实验验证了机械能守恒定律 标准解答 1 滑块和遮光片的重力势能减少 砝码的重力势能增加 所以系统的重力势能减少的量为滑块运动到光电门时的速度为所以系统的动能增加量为若机械能守恒 则有解得 2 如图所示 由图像可求得斜率答案 1 2 见标准解答图2 43 双基题组 1 2013 广州模拟 在验证机械能守恒定律的实验中 没有必要进行的操作是 A 用天平测重物的质量B 用秒表测重物下落的时间C 用打点计时器记录重物下落
9、的信息D 用纸带记录 测量重物下落的高度 解析 选A B 从验证机械能守恒定律的两种处理方法来看 没有必要测出重物的质量 只需验证或者即可 故A不必要 重物下落的时间可由纸带上的打点间隔计算 所以没有必要用秒表测量重物下落的时间 故B不必要 C和D两个选项的操作是必要的 故本题选A B 2 下列关于 验证机械能守恒定律 实验的实验误差的说法中 正确的是 A 重物质量的称量不准会造成较大误差B 重物质量选用得大些 有利于减小误差C 重物质量选用得较小些 有利于减小误差D 纸带下落和打点不同步会造成较大误差 解析 选B D 从需要验证的关系式ghn与看 与质量无关 A错误 当重物质量大一些时 空气
10、阻力较小 B正确 C错误 如果纸带先下落而后打点时 纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大 用此纸带进行数据处理 其结果是重物在打第一个点时就有了初动能 因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大 造成较大误差 D正确 3 2013 济南模拟 用如图实验装置验证m1 m2组成的系统机械能守恒 m2从高处由静止开始下落 m1上拖着的纸带打出一系列的点 对纸带上的点迹进行测量 即可验证机械能守恒定律 图中给出的是实验中获取的一条纸带 0是打下的第一个点 每相邻两计数点间还有4个点 图中未标出 计数点间的距离如图所示 已知m1 50g m2 150g 则 g取9 8m s2 所有结果均保留三位有效数
11、字 1 在纸带上打下计数点5时的速度v5 m s 2 在打点0 5过程中系统动能的增量 Ek J 系统势能的减少量 Ep J 由此得出的结论是 3 若某同学作出图像如图 则当地的实际重力加速度g m s2 解析 1 2 在打点0 5过程中系统动能的增量系统势能的减少量由此得出 在误差允许的范围内 m1 m2组成的系统机械能守恒 3 由可知 图像的斜率为当地重力加速度g 由题图可知 答案 1 2 40 2 0 5760 588在误差允许的范围内 m1 m2组成的系统机械能守恒 3 9 70 高考题组 4 2010 四川高考 有4条用打点计时器 所用交流电频率为50Hz 打出的纸带A B C D
12、其中一条是做 验证机械能守恒定律 实验时打出的 为找出该纸带 某同学在每条纸带上取了点迹清晰的 连续的4个点 用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为s1 s2 s3 请你根据下列s1 s2 s3的测量结果确定该纸带为 已知当地的重力加速度为9 791m s2 A 61 0mm65 8mm70 7mmB 41 2mm45 1mm53 0mmC 49 6mm53 5mm57 3mmD 60 5mm61 0mm60 6mm 解析 选C 验证机械能守恒采用重物的自由落体运动实现 所以相邻的0 02s内的位移增加量为 s gT2 9 791 0 022m 3 9mm 5 2010 新课标全国卷 如图为验证机
13、械能守恒定律的实验装置示意图 现有的器材为 带铁夹的铁架台 电磁打点计时器 纸带 带铁夹的重锤 天平 回答下列问题 1 为完成此实验 除了所给的器材 还需要的器材有 填入正确选项前的字母 A 米尺B 秒表C 0 12V的直流电源D 0 12V的交流电源 2 实验中误差产生的原因有 写出两个原因 解析 1 用A项米尺测量长度 用D项交流电源供打点计时器使用 2 纸带与打点计时器之间有摩擦 用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差 计算势能变化时选取的始末两点距离过近 交流电频率不稳定 答案 1 A D 2 纸带与打点计时器之间有摩擦 用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差 计算势能变化时 选取的始末两
14、点距离过近 交流电频率不稳定 任选其二 6 2010 安徽高考 利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时 需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h 某班同学利用实验得到的纸带 设计了以下四种测量方案 a 用刻度尺测出物体下落的高度h 并测出下落时间t 通过v gt计算出瞬时速度v b 用刻度尺测出物体下落的高度h 并通过计算出瞬时速度v c 根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度 测算出瞬时速度v 并通过计算出高度h d 用刻度尺测出物体下落的高度h 根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度 测算
15、出瞬时速度v 以上方案中只有一种正确 正确的是 填入相应的字母 解析 a b c三个方案中运用v gt 以及计算 均使用了机械能守恒的结论 故a b c错误 d正确 答案 d 7 2008 江苏高考 某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律 弧形轨道末端水平 离地面的高度为H 将钢球从轨道的不同高度h处静止释放 钢球的落点距轨道末端的水平距离为s 1 若轨道完全光滑 s2与h的理论关系应满足s2 用H h表示 2 该同学经实验测量得到一组数据 如表所示 请在坐标纸上作出s2 h关系图 3 对比实验结果与理论计算得到的s2 h关系图线 图乙中已画出 自同一高度静止释放的钢球 水平抛出的速率 选填 小于 或 大于 理论值 4 从s2 h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率与理论值偏差十分显著 你认为造成上述偏差的可能原因是 解析 1 由机械能守恒有 由平抛运动规律得 s2 4Hh 2 根据表中数据描出s2 h关系如图所示 3 由图看出在相同h下 水平位移s值比理论值要小 由说明水平抛出的速率比理论值小 4 水平抛出的速率偏小 说明有机械能损失 可能因为摩擦或在下落过程中钢球发生转动 答案 1 4Hh 2 见解析图 3 小于 4 摩擦或转动 回答一个即可
