高考物理一轮复习知识点总结课件：第四章 第五节 验证机械能守恒定律

欢迎进入物理课堂 第五节验证机械能守恒定律 验证机械能守恒定律1 机械能守恒定律是可以通过理论推导出来的定律 用实验不仅可检验机械能守恒定律 而且还可检验物理理论 2 学会设计实验 通过正确理解机械能守恒定律的内容和 设计验证实验 成立条件 3 学会数据处理 从实验结果中分析数据 得出结论 要点1 创新实验方案设计 1 用气垫导轨验证机械能守恒定律 1 在该实验中选取气垫导轨 光电门 数字计时器等器材 如图4 5 1所示安装实验装置 图中m为滑块质量 l为挡光板长度 G1 G2为光电门 图4 5 1 2 将滑块从轨道上端某一处滑下 测出它通过光电门G1和G2时的速度v1和v2 可得到G1到G2这段位移中滑块的动 3 再算出G1到G2这段位移中滑块重力势能的减少量 Ep 比较 Ek和 Ep 得到 Ek Ep的结论 从而证明机械能守恒 2 用自由落体和打点计时器验证机械能 守恒定律 图4 5 2 1 安装 如图4 5 2所示 将打点计时器固定在铁架台上 用导线将打点计时器与低压交流电源相连接 2 接电源 打纸带 把纸带的一端在重物上用夹子固定好 另一端穿过打点计时器的限位孔 用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近 接通电源 待打点稳定后松开纸带 让重物自由下落 重复几次 打下3 5条纸带 3 选纸带 选取点迹较为清晰的纸带 挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点 并依次标上0 1 2 3 4 数据测量 测出0到点1 点2 点3 的距离 即为 对应的下落高度h1 h2 h3 5 数据处理 利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h 计算出瞬时速度v 便可验证物体重力势能的减少 3 利用平抛运动验证机械能守恒定律 1 运用如图4 5 3所示的装置 让小球从光滑斜轨道的某一高度处由静止开始滚下 小球离开轨道时做平抛运动 图4 5 3 2 测出图中平台高度H 小球在光滑斜轨道上由静止开始滚下时离平台的高度h以及小球做平抛运动时的水平位移s 例1 为进行 验证机械能守恒定律 的实验 有下列器材可供选择 铁架台 打点计时器 复写纸 纸带 低压直流电源 天平 秒表 导线 开关 其中不必要的器材是 缺少的器材是 解析 打点计时器工作是需要用交流电源的 故低压直流电源应该换成低压交流电源 在该实验中 物体的质量可以不用测量 用不到天平 打点计时器已经起到计时的作用了 秒表多余 而且打点计时器比秒表计时更精确 低压交流电源 重锤 答案 低压直流电源 天平 秒表刻度尺 1 如图4 5 4所示 光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切 轻弹簧的一端固定在轨道的左端 OP是可绕O点转动的轻杆 且摆到某处就能停在该处 另有一小钢球 可看做质点 现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能 图4 5 4 重力 质量 1 还需要的器材是 天平 刻度尺 2 以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对 的测量 进而转化对 和 的直接测量 高度 势能 要点2 实验注意事项及数据分析 1 落体法验证机械能守恒定律的注意事项 1 安装打点计时器时 必须使穿纸带的两限位孔在同一竖直线上 以减少纸带和限位孔的摩擦 2 纸带应保持竖直 平直不卷曲 避免人为增大摩擦阻力 3 纸带选取 点迹清晰 点成一线及第1 2点间间距接近2mm这样的纸带最合适 4 测量下落高度时 必须从起点开始算 测量 物体的质量选取要尽量大些 以减小因摩擦造成的相对误差 6 数据计算时 应注意重力加速度g取当地的值 的 而我们的实验目的是验证机械能守恒定律 显然 运用该式求解速度不妥 8 不能用公式v gt求物体下落速度 该式认为物体下落的运动加速度为g 而实际上在实验中不可避免地受到各种摩擦力的作用 如计时器的限位孔与纸带的阻力等 因此下落的加速度必将小于g 而下落高度是直接测量值 这样得到的是机械能增加的结论 而有阻力作用时机械能应为减小的 故这种方法不能使用 2 纸带打点数据的分析 1 vn hn 1 hn 12T 即物体在做匀变速直线运动时 某一中 间时刻的瞬时速度等于过程中的平均速度 这种方法能准确地反映实验的实际 直接从纸带中求出实际速度 因此在数据处理中 我们可以使用该种方法 2 数据处理除了数学分析以外 还可以用作图法来进行处理 例2 在 验证机械能守恒定律 的实验中 已知打点计时器所用电源的频率为50Hz 查得当地的重力加速度g 9 8m s2 测得所用重物的质量为1 00kg 实验中得到的一条点迹清晰的纸带如图4 5 5所示 把第一个点记为O 另选连续的4个点A B C D作为测量点 待测量后得到A B C D各点到O点的距离分别为62 99cm 70 18cm 77 76cm 85 73cm 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 图4 5 5 思路点拨 重力势能的减少量等于mgh O为第一个点 动能为零 动能的增加量等于C点的动能 所以从纸带数据求C点的速度后可得动能的增加量 答案 7 62 7 57 2 在用落体法验证机械能守恒定律的实验中 1 所用重锤的质量m 1 0kg 打点计时器所用电源频率为50Hz 打下的纸带如图4 5 6所示 图中的数据为从起始点O到该点的距离 则在打B点时 重锤的速度vB m s 重锤的动能EkB J 从开始下落到打B点时 重锤的势能 减少量是 J 取两位有效数字 0 79 0 31 0 32 图4 5 6 2 根据纸带算出各点的速度v 量出下落距离h 则以v2 为纵轴 以h为横轴 画出的图线应是下图所示中的 答案 C 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全