《2017-2018学年高中物理第7章机械能守恒定律第9节实验：验证机械能守恒定律课件新人教版必修2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中物理第7章机械能守恒定律第9节实验：验证机械能守恒定律课件新人教版必修2（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第9节 实验：验证机械能守恒定律,阅读教材第7980页，知道实验原理、实验器材、实验步骤及数据处理。 实验目的 1.会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。 2.掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。,实验原理让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒：,mgh,mgh,实验器材铁架台(带铁夹)、_、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、_。,电磁打点计时器,低压交流电源,实验过程 一、实验步骤 1.安装置：按图将检查、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
2、计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在_打点计时器的地方。先_，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做35次实验。,靠近,接通电源,3.选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为_的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2 mm的第一个点作为起始点，记作O，在距离O点较远处再依次选出计数点1、2、3 4.测距离：用刻度尺测出O点到1、2、3的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3,2 mm,二、数据处理 1.计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3并测量出各计数点到O点的距离h1、h2、h3再根据公式vn_，计算出1、2、
3、3、4、n点的瞬时速度v1、v2、v3、v4vn。,2.机械能守恒验证,原点,g,误差分析 1.在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差。 2.重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成_，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。 3.由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差。,内能,注意事项 1.应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小_。(2)应选用质量和密度较_的重物，增大重力可使阻力的影响相对_，增大密度可以减小体积，使空
4、气阻力减小。,摩擦阻力,大,减小,2.纸带选取：,实验原理与操作,精典示例,例1 如图1为验证机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：,图1,(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有_。(填入正确选项前的字母) A.米尺 B.秒表 C.012 V的直流电源 D.012 V的交流电源,(2)下面列举了该实验的几个操作步骤： A.按照图示的装置安装器材 B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上 C.用天平测出重锤的质量 D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带 E.测量纸带上某些点间的距离 F.根据测量的结果
5、计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 其中操作不当的步骤是_。,(3)实验中误差产生的原因有_ _(写出两个原因)。,(4)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图2所示。使用交流电源的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a_。(用x1、x2、x3、x4及f表示),图2,解析 (1)为完成此实验，除了所给的器材外，测量需要米尺，电源需要012 V的交流电源。 (2)其中操作不当的步骤是将打点计时器接到电源的“直流输出”上，打点计时器需要交流电源。 (3)纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻
6、力；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，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定。 (4)由xaT2得：,答案 (1)AD (2)B (3)纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；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，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定,实验数据的处理,精典示例,例2 (2016全国卷)某同学用图3甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和40 Hz，打出纸带的一部分如图乙所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他条件进行推算。,图3,(1)若从打
7、出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图乙中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为_，打出C点时重物下落的速度大小为_，重物下落的加速度大小为_。 (2)已测得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；当地重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f为_Hz。,1.甲同学准备做“验证机械能守恒定律”的实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。(1)图4中A、B、C、D、E表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材有_；乙同学需在图中选用的器材有_。(用字母表示),图4,(2)乙同学在
8、实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图5所示的两条纸带和。纸带_(选填“”或“”)的加速度大，其加速度大小为_。,图5,答案 (1)A、B B、D、E (2) 2.50 m/s2 (2.482.52 m/s2均可),2.在“验证机械能守恒定律”的实验中：(1)从下列器材中选出实验所必须的，其编号为_。A.打点计时器(包括纸带) B.重锤C.天平 D.毫米刻度尺E.秒表(或停表) F.运动小车,(2)进行实验时，为保证重物下落时初速度为零，应_。 A.先接通电源，再释放纸带 B.先释放纸带，再接通电源,(3)下列说法中正确的是_。 A.实验中用打点计时器时，一定用到低压直流电源 B.选用重物时
9、，同样大小、形状的重物应选重一点的比较好 C.要选用第1、2两点距离接近2 mm的纸带 D.实验结果总是动能增加量略小于重力势能的减少量,解析 (1)打点计时器(含纸带)、重锤是必须的，为了测量计数点的距离，需要毫米刻度尺；因为是比较mgh、 mv2的大小关系，故m可约去，不需要测出重物的质量，不需要用天平；打点计时器本身可以计算时间，所以不需要秒表，实验用的是重锤，不需要运动小车。故选A、B、D。,(2)开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放纸带，让它带着纸带一同落下。这样有利于数据的采集和处理，减少实验误差。故选A。,答案 (1)ABD (2)A (3)BCD,3.(2017郑州
10、高一检测)如图6是利用重物自由下落验证机械能守恒定律的实验装置。,图6,(1)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的信息 D.用纸带记录测量重物下落的高度,(2)该实验所用打点计时器的电源频率为50 Hz，如图7所示，A、B、C为纸带中选取的三个计数点，每两个计数点之间还有4个点未画出，则每两个计数点之间的时间间隔T_s，打点计时器在打下计数点B时，物体的下落速度为vB_m/s。(小数点后保留两位有效数字),图7,(3)由于该实验中存在阻力做功，所以实验测得的重物的重力势能的减少量_(选填“”“
11、”或“”)动能的增加量。,答案 (1)AB (2)0.1 2.36 (3),4.某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分。剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图8中，单位是cm。打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2，重物质量为m。,图8,(2)根据实验判断下列图象正确的是(其中Ek表示重物动能的变化量，h表示重物下落的高度)( ),(1)重物在2点时的速度v2_，在5点时的速度v5_，此过程中动能增加量Ek_，重力势能减少量Ep_。由以上可得出实验结论： _。,(2)重物机械能守恒，应有重物减少的重力势能转化为增加的
12、动能，即Ekmgh，可见重物增加的动能与下落的距离成正比，选项C正确。,答案 (1)1.50 m/s 2.075 m/s 1.03m J 1.06m J 在误差允许的范围内，机械能守恒 (2)C,5.(2017青岛高一检测)利用如图9所示实验装置来验证机械能守恒定律。通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门B时，毫秒计时器(图中未画出)记录下小铁球的挡光时间t。实验前调整光电门位置，使小球下落过程中，小铁球球心垂直细激光束通过光电门，当地重力加速度为g。,图9,(1)为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，还需要测量的物理量是_。 A.A点距地面的高度H B.A、B之间
13、的距离h C.小铁球从A到B的下落时间tAB D.小铁球的直径d,(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度v_；要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式_是否成立即可(用实验中测得物理量的符号表示)。,解析 (1)根据实验原理可知，需要测量的是A点到光电门B的距离，故A错误，B正确；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，不需要测量下落时间，故C错误；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时，需要知道挡光物体的尺寸，因此需要测量小球的直径，故D正确。,6.现利用如图10所示装置验证机械能守恒定律。图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出。让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00102s、2.00102s。已知滑块质量为2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门1和2之间的距离为0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度。,图10,(1)滑块经过光电门1时的速度v1_m/s，通过光电门2时的速度v2_m/s。 (2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为_J，重力势能的减少量为_J。,答案 (1)1.00 2.50 (2)5.25 5.29,
