2019年高考物理一轮复习 第五章 机械能 实验六 验证机械能守恒定律课件.ppt

实验六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 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 3 5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 mvA2 mg h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2mm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 2mm 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 Ep mghn 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vn gt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mvn2 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v2 h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 2016 北京理综 21 2 利用图装置做 验证机械能守恒定律 实验 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v gt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 2016 全国 卷 22 某同学用图 a 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20Hz 30Hz和40Hz 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s1 8 89cm s2 9 50cm s3 10 10cm 当地重力加速度大小为9 80m 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 答案 解析 重物下落的过程中 由牛顿第二定律可得mg F阻 ma 由已知条件F阻 0 01mg 由 得a 0 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 80m 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50Hz的交变电流 用分度值为1mm的刻度尺测得OA 12 41cm OB 18 90cm OC 27 06cm 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 00kg 甲同学根据以上数据算出 当打点计时器打到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 6B 9 8C 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 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 Ep mgh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 0100s 则钢球的速度为v m s 答案 解析 遮光条的宽度d 1 50cm 钢球的速度v 1 50m 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 t1 t2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 答案 解析 5 0 用游标卡尺测遮光条宽度d 则d 5 0mm 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 2016 全国 卷 22 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50Hz 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和一质量为m的小球相连 遮光片两条长边与导轨垂直 导轨上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点到光电门B处的距离 b表示遮光片的宽度 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 实验时滑块在A处由静止开始运动 1 某次实验测得倾角 30 重力加速度用g表示 滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为 Ek 系统的重力势能减少量可表示为 Ep 在误差允许的范围内 若 Ek Ep 则可认为系统的机械能守恒 用题中字母表示 答案 解析 2 在上次实验中 某同学改变A B间的距离 作出的v2 d图象如图乙所示 并测得M m 则重力加速度g m s2 答案 解析 9 6