2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 新人教版.ppt

實(shí)驗(yàn)6驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)溯本求源 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)探究 課時(shí)鞏固訓(xùn)練 三 實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái) 含鐵夾 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 學(xué)生電源 紙帶 復(fù)寫紙 導(dǎo)線 毫米刻度尺 重物 帶紙帶夾 四 實(shí)驗(yàn)步驟1 安裝 準(zhǔn)備 按如圖S6 2所示裝置把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上 用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生電源連接好 把紙帶的一端用夾子固定在重物上 另一端穿過計(jì)時(shí)器限位孔 用手豎直提起紙帶使重物停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近 圖S6 2 熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作 例1圖S6 3為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 現(xiàn)有的器材為 帶鐵夾的鐵架臺(tái) 電火花計(jì)時(shí)器 紙帶 帶鐵夾的重錘 天平 回答下列問題 1 為完成此實(shí)驗(yàn) 除了所給的器材外 還需要的器材有 填入正確選項(xiàng)前的字母 A 毫米刻度尺B 秒表C 220V的直流電源D 220V的交流電源 圖S6 3 2 部分實(shí)驗(yàn)步驟如下 A 接通電源 待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后放開紙帶B 將重錘靜止靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近 手提紙帶的上端C 關(guān)閉電源 取出紙帶D 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵夾上 讓紙帶穿過限位孔上述實(shí)驗(yàn)步驟的正確順序是 3 寫出本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的一個(gè)原因 變式某實(shí)驗(yàn)小組用如圖S6 4甲所示裝置研究系統(tǒng)在金屬軌道上運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能是否守恒 將一端帶有滑輪的長(zhǎng)金屬軌道水平放置 重物通過細(xì)繩水平牽引小車沿軌道運(yùn)動(dòng) 利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng) 圖S6 4 1 本實(shí)驗(yàn)中小車質(zhì)量 選填 需要 或 不需要 遠(yuǎn)大于重物質(zhì)量 2 將小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 將穿好的紙帶拉直 接通電源 釋放小車 圖乙是打出的一條清晰紙帶 O點(diǎn)是打下的第一個(gè)點(diǎn) 1 2 3 4 5是連續(xù)的計(jì)數(shù)點(diǎn) O點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)1之間還有多個(gè)點(diǎn) 圖中未畫出 相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0 02s 在打計(jì)數(shù)點(diǎn)4時(shí)小車的速度v m s 若已知重物的質(zhì)量為m 小車的質(zhì)量為M 則從點(diǎn)O到點(diǎn)4的過程中 系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能為J 增加的動(dòng)能為J g取9 8m s2 結(jié)果均保留兩位小數(shù) 特別提醒 1 安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn) 使兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以減少摩擦阻力 2 重物應(yīng)選用質(zhì)量大 體積小 密度大的材料 3 應(yīng)先接通電源 讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后 再松開紙帶讓重物下落 4 紙帶長(zhǎng)度應(yīng)選用60cm左右為宜 應(yīng)選用點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量 熱點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析 例2某同學(xué)安裝如圖S6 5甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 如圖乙所示是該實(shí)驗(yàn)得到的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶 現(xiàn)要取A B兩點(diǎn)來驗(yàn)證 已知電火花計(jì)時(shí)器每隔0 02s打一個(gè)點(diǎn) 圖S6 5 丙 變式甲實(shí)驗(yàn)小組利用圖S6 6 a 裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 將小鋼球從軌道的不同高度h處由靜止釋放 斜槽軌道水平末端離落點(diǎn)的高度為H 鋼球的落點(diǎn)距軌道末端的水平距離為s g取10m s2 1 若軌道完全光滑 s2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足s2 用H h表示 2 圖 b 中圖線 為根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果描點(diǎn)作出的s2 h關(guān)系圖線 圖線 為根據(jù)理論計(jì)算得到的s2 h關(guān)系圖線 對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果 發(fā)現(xiàn)自同一高度由靜止釋放的鋼球 實(shí)際水平拋出的速率 選填 小于 或 大于 理論值 造成這種偏差的可能原因是 乙實(shí)驗(yàn)小組利用同樣的裝置通過頻閃照相探究平拋運(yùn)動(dòng)中的機(jī)械能守恒 將質(zhì)量為0 1kg的小鋼球A由斜槽某位置由靜止釋放 由頻閃照相得到如圖 c 所示的小鋼球位置示意圖 O點(diǎn)為小鋼球的水平拋出點(diǎn) 3 根據(jù)小鋼球位置示意圖可以判斷閃光間隔為s 4 以O(shè)點(diǎn)所在水平面為零勢(shì)能面 小鋼球A在O點(diǎn)的機(jī)械能為J 小鋼球A在C點(diǎn)時(shí)的重力勢(shì)能為J 動(dòng)能為J 機(jī)械能為J 圖S6 6 熱點(diǎn)三同類實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新 例3如圖S6 7甲所示的裝置叫作阿特伍德機(jī) 是英國數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家阿特伍德創(chuàng)制的一種著名力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置 用來研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 某同學(xué)對(duì)該裝置加以改進(jìn)后用來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 如圖乙所示 已知重力加速度為g 1 實(shí)驗(yàn)時(shí) 該同學(xué)進(jìn)行了如下操作 將質(zhì)量均為M A的含擋光片 B的含掛鉤 的重物用繩連接后 跨放在定滑輪上 處于靜止?fàn)顟B(tài) 測(cè)量出 選填 A的上表面 A的下表面 或 擋光片中心 到光電門中心的豎直距離h 在B的下端掛上質(zhì)量為m的物塊C 讓系統(tǒng) 重物A B以及物塊C 中的物體由靜止開始運(yùn)動(dòng) 光電門記錄擋光片擋光的時(shí)間為 t 測(cè)出擋光片的寬度d 計(jì)算有關(guān)物理量 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 2 如果系統(tǒng) 重物A B以及物塊C 的機(jī)械能守恒 應(yīng)滿足的關(guān)系式為 3 引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的原因有 寫一條即可 圖S6 7 3 通過 1 2 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 可以得出的結(jié)論是 小球與地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能 選填 守恒 不守恒 或 無法判斷是否守恒 2 中小球離A點(diǎn)的距離h 選填 大于 小于 或 等于 h1 1 2016 拉薩中學(xué)月考 小明同學(xué)采用如圖S6 9甲所示的裝置進(jìn)行 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn) 圖S6 9 1 除了圖甲裝置中的器材之外 還必須從圖乙中選取實(shí)驗(yàn)器材 其名稱是 2 指出圖甲裝置中不合理的地方 一處 3 小明同學(xué)得到了如圖丙所示的一條紙帶 讀出0 4兩點(diǎn)間的距離為cm 4 已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz 打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)紙帶速度的大小為 保留2位有效數(shù)字 m s 2 如圖S6 10甲所示為 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)裝置圖 1 本實(shí)驗(yàn)中 下列器材中不必要的是 A 天平B 交流電源C 秒表D 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 圖S6 10 3 某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 頻閃儀每隔0 05s閃光一次 圖S6 11所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離 該同學(xué)通過計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表 當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9 8m s2 小球質(zhì)量m 0 4kg 結(jié)果保留3位有效數(shù)字 1 由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5 m s 2 從t2到t5時(shí)間內(nèi) 重力勢(shì)能增量 Ep J 動(dòng)能減少量 ek J 3 在誤差允許的范圍內(nèi) 若 Ep與 Ek近似相等 即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 由上述計(jì)算得 Ep 選填 或 Ek 造成這種結(jié)果的主要原因是 圖S6 11 4 利用如圖S6 12甲實(shí)驗(yàn)裝置探究重錘下落過程中重力勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化問題 甲 乙 丙 圖S6 12 1 圖乙為一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶 O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一點(diǎn) 分別測(cè)出若干連續(xù)點(diǎn)A B C 與O點(diǎn)之間的距離h1 h2 h3 已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T 重錘質(zhì)量為m 重力加速度為g 可得重錘下落到B點(diǎn)時(shí)的速度大小為 2 取打下O點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能為零 計(jì)算出該重錘下落不同高度h時(shí)所對(duì)應(yīng)的動(dòng)能Ek和重力勢(shì)能Ep 建立坐標(biāo)系 橫軸表示h 縱軸表示Ek和Ep 根據(jù)以上數(shù)據(jù)在圖丙中繪出圖線 和圖線 已求得圖線 斜率的絕對(duì)值k1和圖線 的斜率k2 重錘和紙帶在下落過程中所受平均阻力與重錘所受重力的比值為 用k1和k2表示 5 如圖S6 13所示實(shí)驗(yàn)裝置可以用來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 左側(cè)重物A帶有擋光片 其總質(zhì)量為m 右側(cè)重物B質(zhì)量為M 兩重物由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩相連 與光電門相連的數(shù)字毫秒計(jì)可以測(cè)量擋光片經(jīng)過光電門時(shí)的擋光時(shí)間 擋光片的寬度用b表示 擋光片到光電門之間的距離用h表示 擋光片通過光電門的平均速度近似看作擋光片通過光電門的瞬時(shí)速度 實(shí)驗(yàn)時(shí)重物從靜止開始運(yùn)動(dòng) 重物B的質(zhì)量M大于A和擋光片的總質(zhì)量m 圖S6 13 1 在實(shí)驗(yàn)過程中 與光電門相連的數(shù)字毫秒計(jì)記錄的擋光片的擋光時(shí)間為t 則擋光片通過光電門的瞬時(shí)速度可表示為v 2 重物從靜止開始運(yùn)動(dòng) 當(dāng)擋光片經(jīng)過光電門位置時(shí) A和B組成的系統(tǒng)動(dòng)能增加量可表示為 Ek 系統(tǒng)的重力勢(shì)能減少量可表示為 Ep 在誤差允許的范圍內(nèi) 若 Ek Ep 則可認(rèn)為系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 重力加速度為g 3 為了減小偶然誤差 多次改變擋光片到光電門之間的距離h 作出v2 h圖像 如圖S6 14所示 并測(cè)得該圖像的斜率為k 則重力加速度的表達(dá)式為 圖S6 14 6 用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 器材安裝如圖S6 15甲所示 甲 圖S6 15 圖S6 16