浙江省高考物理總復習 第5章 實驗六驗證機械能守恒定律課件 大綱人教版

實驗六驗證機械能守恒定律實驗六驗證機械能守恒定律過程分析導引過程分析導引實驗典例精析實驗典例精析知能優(yōu)化演練知能優(yōu)化演練實實驗驗六六驗驗證證機機械械能能守守恒恒定定律律知識要點歸納知識要點歸納知識要點歸納知識要點歸納實驗目的實驗目的利用自由落體運動驗證只有重力作用下的物體利用自由落體運動驗證只有重力作用下的物體機械能守恒機械能守恒實驗原理實驗原理1在只有重力做功的自由落體運動中，物體的在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)化，但總的機械能保持重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)化，但總的機械能保持不變?nèi)粑矬w某時刻瞬時速度為不變?nèi)粑矬w某時刻瞬時速度為v，下落高度為，下落高度為h，則重力勢能的減少量為，則重力勢能的減少量為mgh，動能的增加量，動能的增加量為為 mv2，看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否，看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗證了機械能守恒定律相等，若相等則驗證了機械能守恒定律圖圖561實驗器材實驗器材鐵架臺鐵架臺(含鐵夾含鐵夾)、打點計時器、學生電、打點計時器、學生電源、紙帶、復寫紙、導線、毫米刻度尺、源、紙帶、復寫紙、導線、毫米刻度尺、重物重物(帶紙帶夾帶紙帶夾)過程分析導引過程分析導引一、實驗步驟一、實驗步驟1安裝置：按圖安裝置：按圖562將檢查、調(diào)整好的打點將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路圖圖5622打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔用手提著紙帶使另一端穿過打點計時器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方先接通電源，重物靜止在靠近打點計時器的地方先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落更換紙帶重復做更換紙帶重復做3次次5次實驗次實驗三、誤差分析三、誤差分析1本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故做功，故動能的增加量動能的增加量Ek稍小于重力勢能的減少量稍小于重力勢能的減少量Ep，即即EkEp，這屬于系統(tǒng)誤差改進的辦法是調(diào)，這屬于系統(tǒng)誤差改進的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力整器材的安裝，盡可能地減小阻力2本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬偶然誤差減小誤差的辦法是測下落距離時都從偶然誤差減小誤差的辦法是測下落距離時都從O點量起，一次將各打點對應的下落高度測量完，點量起，一次將各打點對應的下落高度測量完，或者多次測量取平均值或者多次測量取平均值四、注意事項四、注意事項1應盡可能控制實驗條件，即應滿足機械能守應盡可能控制實驗條件，即應滿足機械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：采取的措施有：(1)安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，以減小摩擦阻力嚴格豎直，以減小摩擦阻力(2)應選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使應選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小可使空氣阻力減小五、實驗改進五、實驗改進物體下落過程中通過某一位置的速度可以用光電物體下落過程中通過某一位置的速度可以用光電計時器測出來，利用這種裝置驗證機械能守恒定計時器測出來，利用這種裝置驗證機械能守恒定律，能消除紙帶與限位孔的摩擦阻力帶來的系統(tǒng)律，能消除紙帶與限位孔的摩擦阻力帶來的系統(tǒng)誤差；也可以把電磁打點計時器更換成電火花式誤差；也可以把電磁打點計時器更換成電火花式計時器，以消除計時器的振針在打點時對紙帶產(chǎn)計時器，以消除計時器的振針在打點時對紙帶產(chǎn)生的阻力；還可以把整個裝置放在一個真空的環(huán)生的阻力；還可以把整個裝置放在一個真空的環(huán)境中，以消除由于空氣阻力作用而帶來的誤差境中，以消除由于空氣阻力作用而帶來的誤差實驗典例精析實驗典例精析數(shù)據(jù)處理及誤差分析數(shù)據(jù)處理及誤差分析 (2011年杭州二中檢測年杭州二中檢測)在用打點計時器驗證在用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量m1.00 kg的重的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列點如圖點如圖563所示為選取的一條符合實驗要所示為選取的一條符合實驗要求的紙帶，求的紙帶，O為第一個點為第一個點(速度恰好為零速度恰好為零)，每兩個，每兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，選連續(xù)的計數(shù)點之間還有四個點未畫出，選連續(xù)的3個計個計數(shù)點數(shù)點A、B、C作為測量的點，如圖所示，經(jīng)測量作為測量的點，如圖所示，經(jīng)測量知道知道A、B、C各點到各點到O點的距離分別為點的距離分別為50.50 cm、86.00 cm、130.50 cm.已知打點計時器每隔已知打點計時器每隔0.02 s打一次點，當?shù)氐闹亓铀俣却蛞淮吸c，當?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可計算出打根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可計算出打B點時的速度點時的速度vB_m/s；重物由；重物由O點運動到點運動到B點，重力勢能點，重力勢能減少了減少了_J，動能增加了，動能增加了_J圖圖563根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，還可以求出物體實際下落的根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，還可以求出物體實際下落的加速度為加速度為_m/s2，物體在從，物體在從A到到B下落的過下落的過程中所受到的平均阻力為程中所受到的平均阻力為_N(計算結果都計算結果都要保留要保留3位有效數(shù)字位有效數(shù)字)，該阻力的來源主要有：，該阻力的來源主要有： (1)_；(2)_根據(jù)牛頓第二定律得：根據(jù)牛頓第二定律得：mgFfma從從A到到B下落的過程中所受到的平均阻力為下落的過程中所受到的平均阻力為Ffmgma1.009.80 N1.009.00 N0.800 N分析紙帶受到的力有：重力、重物受到的空氣阻分析紙帶受到的力有：重力、重物受到的空氣阻力、紙帶與限位孔之間的摩擦力等力的作用，所力、紙帶與限位孔之間的摩擦力等力的作用，所以阻力的來源是以上除重力之外的力以阻力的來源是以上除重力之外的力【答案答案】4.008.438.009.000.800重物重物受到的空氣阻力受到的空氣阻力紙帶與限位孔之間的摩擦力紙帶與限位孔之間的摩擦力 (2010年高考海南卷年高考海南卷)利用氣墊導軌驗證機械能利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖守恒定律，實驗裝置示意圖如圖564甲所示：甲所示：實驗創(chuàng)新實驗創(chuàng)新例例2圖圖564(1)實驗步驟：實驗步驟：將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低于于1 m，將導軌調(diào)至水平，將導軌調(diào)至水平用游標卡尺測量擋光條的寬度用游標卡尺測量擋光條的寬度l，結果如圖乙，結果如圖乙所示，由此讀出所示，由此讀出l_mm.由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離s_cm.將滑塊移至光電門將滑塊移至光電門1左側某處，待砝碼靜止不左側某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門過光電門2.從數(shù)字計時器從數(shù)字計時器(圖甲中未畫出圖甲中未畫出)上分別讀出擋光上分別讀出擋光條通過光電門條通過光電門1和光電門和光電門2所用的時間所用的時間t1和和t2.用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量托盤和砝碼的總質(zhì)量m.(2)用表示直接測量量的字母寫出下列所求物理量用表示直接測量量的字母寫出下列所求物理量的表達式：的表達式：滑塊通過光電門滑塊通過光電門1和光電門和光電門2時瞬時速度分別為時瞬時速度分別為v1_和和v2_.當滑塊通過光電門當滑塊通過光電門1和光電門和光電門2時，系統(tǒng)時，系統(tǒng)(包括滑包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為的總動能分別為Ek1_和和Ek2_.在滑塊從光電門在滑塊從光電門1運動到光電門運動到光電門2的過程中，系的過程中，系統(tǒng)勢能的減少統(tǒng)勢能的減少Ep_(重力加速度為重力加速度為g)(3)如果如果Ep_，則可認為驗證了機械能守，則可認為驗證了機械能守恒定律恒定律(3)系統(tǒng)動能的增加量等于系統(tǒng)勢能減少量時，系統(tǒng)動能的增加量等于系統(tǒng)勢能減少量時，即即EpEk2Ek1時，可認為驗證了機械能守恒時，可認為驗證了機械能守恒定律定律