《高考物理大一轮复习 第五章 机械能及其守恒定律 实验五 验证机械能守恒定律课件》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高考物理大一轮复习 第五章 机械能及其守恒定律 实验五 验证机械能守恒定律课件(39页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、实验五 验证机械能守恒定律,第五章 机械能,内容索引,过好双基关,命题点一 教材原型实验,命题点二 实验拓展创新,1,过好双基关,1.实验目的 验证机械能守恒定律. 2.实验原理(如图所示) 通过实验,求出做自由落体运动物体的 和相应过程动能的增加量,若二者 相等,说明机械能守恒,从而验证机械能守恒定律. 3.实验器材 打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、 、铁架台(带铁夹)、导线两根.,重力势,能的减少量,刻度尺,4.实验步骤 (1)安装器材:将 固定在铁架台上,用导线将打点计时器与低压电源相连. (2)打纸带 用手竖直提起纸带,使重物停靠在打点计时器下方附近,先 ,再 ,让重物自由下落,
2、打点计时器就在纸带上打出一系列的点,取下纸带,换上新的纸带重打几条(35条)纸带.,打点计时器,接通电源,松开纸带,(3)选纸带:分两种情况说明 若选第1点O到下落到某一点的过程,即用 来验证,应选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近 的纸带. 用 mvB2 mvA2mgh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,这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否小于或接近2 mm就无关紧要了. 5.实验结论 在 的范围内,自由落体运动过程机械能守恒.,2 mm,误差允许,1.误差分析 (1)测量误差:减小测量误差的方法,一是测下落距离时都从0点量起,一次将各打点对应下落高度测量
3、完,二是多测几次取平均值. (2)系统误差:由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功,故动能的增 加量Ek mvn2必定稍 于重力势能的减少量Epmghn,改进办法是 调整安装的器材,尽可能地减小 .,小,阻力,2.注意事项 (1)打点计时器要竖直:安装打点计时器时要 架稳,使其两限位孔在同一竖直平面内,以减少 . (2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料. (3)应先接通电源,让打点计时器正常工作,后松开纸带让重物下落. (4)测长度,算速度:某时刻的瞬时速度的计算应用vn ,不能用vn 或vngt来计算.,竖直,摩擦阻力,3.验证方案 方案一:利用起始点和第n点计算 代入mghn和 mv
4、n2,如果在实验误差允许的范围内,mghn和 mvn2相等,则 验证了机械能守恒定律. 方案二:任取两点计算 (1)任取两点A、B,测出hAB,算出mghAB. (2)算出 mvB2 mvA2的值. (3)在实验误差允许的范围内,若mghAB mvB2 mvA2,则验证了机械能守恒定律.,方案三:图象法 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 v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据作出 v2h图象.若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为 的直线,则验证了机械能守恒定律.,g,2,命题点一 教材原型实验,利用图装置做“验证机械能守恒定律”实
5、验. (1)为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任 意两点间的_. A.动能变化量与势能变化量 B.速度变化量和势能变化量 C.速度变化量和高度变化量,【例1】,答案,(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外,在下列器材中,还必须使用的两种器材是_. A.交流电源 B.刻度尺 C.天平(含砝码),答案,分析,(3)实验中,先接通电源,再释放重物,得到图所示的一条纸带.在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC. 已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中,重物
6、的重力势能变化量Ep_,动 能变化量Ek_.,答案,分析,mghB,(4)大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是_. A.利用公式vgt计算重物速度 B.利用公式v 计算重物速度 C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D.没有采用多次实验取平均值的方法,答案,(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒:在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘v2_h图象,并做如下判断:若图象是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒,请你分析论证该同学的判断是否正确.,答案,解析,不正确,理由见解析,1.某同学用图(a)所示的实验装置验证
7、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(b)所示.,(a),(b),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题给条件进行推算.,(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用f和图(b)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_.,答案,解析,A、C的时间中点,B、D的时间中点,分析,(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
8、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.,答案,解析,重物下落的过程中,由牛顿第二定律可得 mgF阻ma 由已知条件F阻0.01mg 由得a0.99g,40,2.如图是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置.(g取9.80 m/s2),(1)选出一条清晰的纸带如图甲所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点,A、B、C为三个计数点,打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流.用分度值为1 mm的刻度尺测得OA12.41 cm,OB18.90 cm,OC27.06 cm,在计数点A和B、B和C之间还各有一个点,重锤的质量为1.00 kg.甲同学根据以上数据算出:当打点计时器打到
9、B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了_J;此时重锤的速度vB_m/s,此时重锤的动能比开始下落时增加了_J.(结果均保留三位有效数字),答案,解析,1.85,1.83,1.67,(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带,测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,然后以h为横轴、 以 v2为纵轴作出了如图乙所示的图线,图线的斜率近似等于_. A.19.6 B.9.8 C.4.90 图线未过原点O的原因是_.,答案,解析,先释放了纸带,再合上打点计时器的开关,3.某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律,发现实验误差较大.为了减小误差,该同学设计出如图乙
10、所示的实验装置 来验证机械能守恒定律.实验前调整光电门位置,使小铁球 下落通过光电门时球心能挡住激光束.实验时,小铁球从A 点自由下落,经过光电门B时,通过毫秒计时器(图中未画 出)记录挡光时间t,用毫米刻度尺测出A、B之间的距离h, 用游标卡尺测得小铁球的直径d.重力加速度为g.则小铁球通 过光电门时的瞬时速度v_.如果测量的d、t、h、g满足 关系式_,即可验证机械能守恒定律.,答案,解析,3,3,命题点二 实验拓展创新,(2016江苏单科11)某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律.一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于A点,光电门固定在A的正下方,在钢球底部竖直地粘住一片宽度为
11、d的遮光条.将钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出,取v 作为钢球经过A点时的速度.记录钢 球每次下落的高度h和计时器示数t,计算并比 较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小Ep 与动能变化大小Ek,就能验证机械能是否守恒.,【例2】,(1)用Epmgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到_之间的竖直距离. A.钢球在A点时的顶端 B.钢球在A点时的球心 C.钢球在A点时的底端,答案,分析,(2)用Ek mv2计算钢球动能变化的大小,用刻度 尺测量遮光条宽度,示数如图所示,其读数为_cm.某次测量中,计时器的示数为0.010
12、0 s,则钢球的速度为v_m/s.,答案,解析,遮光条的宽度d1.50 cm,钢球的速度v 1.50 m/s.,1.50,1.50,(3)下表为该同学的实验结果:,答案,解析,不同意,因为空气阻力会造成Ek小于Ep,但表中Ek大于Ep.,他发现表中的Ep与Ek之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的.你是否同意他的观点?请说明理由.,不同意 理由见解析,(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议.,答案,分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,计算Ek时,将v折算成钢球的速度v v.,解析,见解析,4.某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图甲所示.在气垫导轨上相隔一定距离的
13、两处安装两个光电传感器A、B,滑块P上固定一遮光条,若光线被遮光条遮挡,光电传感器会输出高电压,两光电传感器采集数据后与计算机相连.滑块在细线的牵引下向左加速运动,遮光条经过光电传感器A、B时,通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象.,(1)实验前,接通气源,将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上,轻推滑块,当图乙中的t1_t2(选填“”“”或“”)时,说明气垫导轨已经水平.,答案,解析,实验前,接通气源,将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上,轻推滑块,当图乙中的t1t2时,说明滑块已经匀速运动,说明气垫导轨已经水平.,(2)用游标卡尺测遮光条宽度d,测量结果如图丙所示,则d_mm.,答
14、案,解析,5.0,用游标卡尺测遮光条宽度d,则d5.0 mm.,(3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与钩码Q相连,钩码Q的质量为m.将滑块P由图甲所示位置释放,通过计算机得到的图象如图乙所示,若t1、t2和d已知,要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒,还应测出_(写出物理量的名称及符号).,答案,解析,滑块质量M和两光电门间距离L,(4)若上述物理量间满足关系式_,则表明在上述过程中,滑块和砝码组成的系统机械能守恒.,答案,解析,5.某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图所示:轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连
15、接.向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能. (1)实验中涉及到下列操作步骤: 把纸带向左拉直 松手释放物块 接通打点计时器电源 向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量 上述步骤正确的操作顺序是_(填入代表步骤的序号).,答案,(2)图中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果.打点计时器所用交流电的频率为50 Hz.由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为_m/s.比较两纸带可知,_(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大.,答案,解析,1.29,M,6.利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图甲所示,水平桌面上