高考物理创新案例(人教)实验七 验证机械能守恒定律

欢迎进入物理课堂 一 实验目的验证机械能守恒定律 图实 7 1 三 实验器材铁架台 含铁夹 打点计时器 学生电源 纸带 复写纸 导线 毫米刻度尺 重物 带纸带夹 四 实验操作1 实验步骤 1 安装置 按图实 7 2所示将检查 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 图实 7 2 五 注意事项1 打点计时器要稳定地固定在铁架台上 打点计时器平面与纸带限位孔调整到竖直方向 以减小摩擦阻力 2 重物要选用密度大 体积小的物体 这样可以减小空气阻力的影响 从而减小实验误差 3 实验中 需保持提纸带的手不动 且保证纸带竖直 待接通电源 打点计时器工作稳定后 再松开纸带 六 误差分析1 本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力 空气阻力 打点计时器阻力 做功 故动能的增加量 Ek稍小于重力势能的减少量 Ep 即 Ek Ep 这属于系统误差 改进的办法是调整器材的安装 尽可能地减少阻力 2 本实验的另一个误差来源于长度的测量 属偶然误差 减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起 一次将各打点对应的下落高度测量完 或者采用多次测量取平均值来减小误差 例1 2010 新课标全国卷 图实 7 3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 图实 7 3 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 本题意在考查考生对 验证机械能守恒定律 实验原理的理解 并能正确分析实验误差的来源 1 打点计时器使用的电源为交流电源 故应选取0 12V的交流电源 D正确 利用米尺测量纸带上各点间的距离 A正确 本实验中利用打点计时器作为计时工具 所以不需要秒表 B错误 2 实验误差的来源主要是由于纸带在下滑的过程中需要克服摩擦力做功 以及用米尺测量数据时读数有误差 答案 1 AD 2 纸带和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 选取始末两点距离过近 交流电频率不稳定 例2 验证机械能守恒定律 的实验可以采用图实 7 4所示的甲或乙方案来进行 图实 7 4 1 比较这两种方案 选填 甲 或 乙 方案好些 理由是 2 图实 7 5是该实验中得到的一条纸带 测得每两个计数点间的距离如图所示 已知每两个计数点之间的时间间隔T 0 1s 物体运动的加速度a 该纸带是采用 选填 甲 或 乙 实验方案得到的 简要写出判断依据 图实 7 5 3 如图实 7 6是采用甲方案得到的一条纸带 在计算图中N点速度时 几位同学分别用下列不同的方法进行 其中正确的是 图实 7 6 解析 1 机械能守恒的前提是只有重力做功 实际操作的方案中应该使摩擦力越小越好 所以甲方案好 2 处理纸带数据时 为减小误差一般采用逐差法 得a 4 8m s2 4 7m s2 4 9m s2均可 该纸带是采用乙实验方案得到的 这是因为物体运动的加速度比重力加速度小很多 3 匀变速运动中某一段的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 因为所取计时起点O的速度不一定为零 所以A D错 B C项对 答案 1 甲见解析 2 4 8m s2乙见解析 3 BC 1 在用图实 7 7所示的实验装置来验证机械能守恒定律时 某同学的以下说法中正确的是 图实 7 7 A 必须用秒表测出重物下落的时间B 实验操作时 注意手提着纸带使重物靠近打点计时器 先接通打点计时器电源 然后松开纸带C 如果打点计时器不竖直 重物下落时 其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上 就会造成重力势能的变化小于动能的变化D 验证时 必须测量重物的质量或重力 解析 因为实验中使用打点计时器 不需要测时间 A错误 打点计时器不竖直 重物下落时 其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上 造成重力势能的减少量大于动能的增加量 C错误 实验时 为节约纸带 便于测量 应使重物靠近打点计时器 应先通电后放手 B正确 因为动能和势能表达式中都含有质量 可以消去 故不需测质量 D错误 答案 B 2 2010 安徽高考 利用图实 7 8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 图实 7 8 以上方案中只有一种正确 正确的是 填入相应的字母 解析 由于摩擦阻力等因素的存在 物体加速度a g 选项A B C均不正确 答案 D 3 在 验证机械能守恒定律 的实验中 打点计时器接在50Hz的交变电源上 自由下落的重物质量为1kg 一条理想的纸带数据如图实 7 9所示 单位是cm g取9 8m s2 O A之间有几个计数点没画 O点是重物开始下落时打出的第1个点 图实 7 9 答案 1 0 491J0 480J 2 过原点的倾斜直线9 8m s2 4 某同学在应用打点计时器做验证机械能守恒定律实验中 获取了一根纸带如图实 7 10所示 但测量发现0 1两点距离远大于2mm 且0 1和1 2间有点漏打或没有显示出来 而其他所有点都是清晰完整的 现在该同学用刻度尺分别量出2 3 4 5 6 7六个点到0点的长度hi i 2 3 7 再分别计算得到3 4 5 6四个点的速度vi和vi2 i 3 4 5 6 已知打点计时器打点周期为T 图实 7 10 1 该同学求6号点速度的计算式是v6 2 该同学将计算得到的四组 hi vi2 数据在v2 h坐标系中找到对应的坐标点 将四个点连接起来得到如图实 7 11所示的直线 请你回答 接下来他是否能够判断重锤下落过程机械能守恒 说明理由 图实 7 11 图实 7 12 答案 1 打第一个点时重物的初速度为零 2 0 59m s0 17J0 17J机械能守恒 3 C 放上白纸 上面覆盖着复写纸 当小球落在复写纸上时 会在下面白纸上留下痕迹 用重垂线确定出A B点的投影点N M 重复实验10次 小球每一次都从同一点由静止释放 球的落点痕迹如图实 7 15所示 图中米尺水平放置 零刻度线与M点对齐 用米尺量出AN的高度h1 BM的高度h2 算出A B两点的竖直距离 再量出M C之间的距离x 即可验证机械能守恒定律 已知重力加速度为g 小球的质量为m 图实 7 14图实 7 15 1 根据图 7 15可以确定小球平抛时的水平射程为 cm 2 用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度v0 3 用测出的物理量表示出小球从A到B过程中 重力势能的减少量 Ep 动能的增加量 Ek 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