2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 實驗六 驗證機(jī)械能守恒定律課件 教科版.ppt

實驗六驗證機(jī)械能守恒定律 實驗基礎(chǔ) 核心探究 實驗基礎(chǔ)解讀實驗 萃取精華 注意事項1 安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn) 使其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 讓打點計時器正常工作后 再松開紙帶讓重物下落 4 紙帶長度應(yīng)選用60cm左右為宜 應(yīng)選用點跡清晰的紙帶進(jìn)行測量 誤差分析 核心探究通法悟道 拓寬思路 探究點一基礎(chǔ)性實驗 典例1 用圖 甲 的裝置研究物體的落體運(yùn)動 已知打點計時器打點的周期為T 當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間 主要操作如下 A 接通電源 釋放紙帶 然后關(guān)閉電源 B 取下紙帶 取其中的一段標(biāo)出計數(shù)點 相鄰計數(shù)點間有一個點未畫出 計數(shù)點間的數(shù)據(jù)如圖 乙 核心點撥 1 利用逐差法 s aT2 可以求出物體下落的加速度 1 測物體下落過程的加速度a 為減小誤差 計算式應(yīng)為a 測出的a值比當(dāng)?shù)豨值 選填 大 或 小 若要使a值接近當(dāng)?shù)豨值 下落物體應(yīng)選用 選填 50g 或 1kg 的鉤碼 2 若要驗證物體下落過程機(jī)械能守恒 若選取A B為研究點 則要驗證的關(guān)系式為 核心點撥 2 由于空氣阻力的存在 測得的加速度比實際的重力加速度要小 答案 2 32gT2 s3 s4 s5 s5 s6 2 s2 s3 2 3 測物體下落過程中阻力的大小Ff 恒定 則還需要測量的物理量是 核心點撥 3 為了減小阻力的影響 在選擇物體時要選擇質(zhì)量大的 解析 3 物體下落過程中根據(jù)牛頓第二定律得mg Ff ma 因此要想測得Ff 還需要測量出物體與夾子的總質(zhì)量 答案 3 物體與夾子的總質(zhì)量 反思總結(jié)實驗數(shù)據(jù)的處理方法利用自由落體法驗證機(jī)械能守恒的實驗中 空氣阻力和摩擦阻力是實驗中所受阻力的兩個重要來源 阻力對實驗的影響是 重力勢能的減小量大于動能的增加量 物體實際下落的加速度小于重力加速度 為了減小阻力帶來的實驗誤差 實驗中采取如下措施 要讓打點計時器的限位孔豎直放置 紙帶拉直后釋放 選擇重物時 選用質(zhì)量大 密度大的物體 題組沖關(guān) 1 某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律 實驗所用的電源為學(xué)生電源 可以提供輸出電壓為6V的交流電和直流電 交流電的頻率為50Hz 重錘從高處由靜止開始下落 重錘拖著的紙帶上打出一系列的點 對紙帶上的點測量并分析 即可驗證機(jī)械能守恒定律 1 他進(jìn)行了下面幾個操作步驟 A 按照圖示的裝置安裝器件 B 將打點計時器接到電源的 直流輸出 上 C 用天平測出重錘的質(zhì)量 D 先接通電源 后釋放紙帶 打出一條紙帶 E 測量紙帶上某些點間的距離 F 根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能 其中沒有必要進(jìn)行的步驟是 操作不當(dāng)?shù)牟襟E是 答案 1 CB 答案 2 1 84 2 這位同學(xué)進(jìn)行正確操作后挑選出一條點跡清晰的紙帶進(jìn)行測量分析 如圖所示 其中O點為起始點 A B C D E F為六個計數(shù)點 根據(jù)紙帶上的測量數(shù)據(jù) 當(dāng)打B點時重錘的速度為m s 保留3位有效數(shù)字 答案 3 C 3 他繼續(xù)根據(jù)紙帶算出各點的速度v 量出下落距離h 并以為縱軸 以h為橫軸畫出的圖像 應(yīng)是圖中的 4 他進(jìn)一步分析 發(fā)現(xiàn)本實驗存在較大誤差 為此對實驗設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn) 用如圖所示的實驗裝置來驗證機(jī)械能守恒定律 通過電磁鐵控制的小鐵球從A點自由下落 下落過程中經(jīng)過光電門B時 通過與之相連的毫秒計時器 圖中未畫出 記錄擋光時間t 用毫米刻度尺測出A B之間的距離h 用游標(biāo)卡尺測得小鐵球的直徑d 重力加速度為g 實驗前應(yīng)調(diào)整光電門位置使小球下落過程中球心通過光電門中的激光束 則小鐵球通過光電門時的瞬時速度v 如果d t h g存在關(guān)系式 就可驗證機(jī)械能守恒定律 5 比較兩個方案 改進(jìn)后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點是 解析 5 改進(jìn)后的方案消除了紙帶與打點計時器的摩擦影響 提高了測量的精確度 減小了實驗誤差 答案 5 見解析 2 2017 天津卷 9 如圖所示 打點計時器固定在鐵架臺上 使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落 利用此裝置驗證機(jī)械能守恒定律 1 對于該實驗 下列操作中對減小實驗誤差有利的是 A 重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘B 兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正C 精確測量出重物的質(zhì)量D 用手托穩(wěn)重物 接通電源后 撤手釋放重物 解析 1 選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘 限位孔對正都可以降低摩擦力對實驗結(jié)果造成的誤差 所以A B正確 動能與重力勢能表達(dá)式中都含有質(zhì)量m 可以約去 故不需要測量出質(zhì)量m的具體數(shù)值 C錯誤 重錘下落之前應(yīng)該用手拉住紙帶上端而不是用手托住重錘 D錯誤 答案 1 AB 2 某實驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50Hz的交流電源上 按正確操作得到了一條完整的紙帶 由于紙帶較長 圖中有部分未畫出 如圖所示 紙帶上各點是打點計時器打出的計時點 其中O點為紙帶上打出的第一個點 重物下落高度應(yīng)從紙帶上計時點間的距離直接測出 利用下列測量值能完成驗證機(jī)械能守恒定律的選項有 A OA AD和EG的長度B OC BC和CD的長度C BD CF和EG的長度D AC BD和EG的長度 探究點二創(chuàng)新性實驗 典例2 2016 江蘇卷 11 某同學(xué)用如圖 甲 所示的裝置驗證機(jī)械能守恒定律 一根細(xì)線系住鋼球 懸掛在鐵架臺上 鋼球靜止于A點 光電門固定在A的正下方 在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條 將鋼球拉至不同位置由靜止釋放 遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出 取v 作為鋼球經(jīng)過A點時的速度 記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t 計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小 Ep與動能變化大小 Ek 就能驗證機(jī)械能是否守恒 高考創(chuàng)新實驗例析 1 用 Ep mgh計算鋼球重力勢能變化的大小 式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到之間的豎直距離 A 鋼球在A點時的頂端B 鋼球在A點時的球心C 鋼球在A點時的底端 解析 1 鋼球下落的高度為初末位置球心間的豎直距離 所以選B 答案 1 B 2 用 Ek mv2計算鋼球動能變化的大小 用刻度尺測量遮光條寬度 示數(shù)如圖 乙 所示 其讀數(shù)為cm 某次測量中 計時器的示數(shù)為0 0100s 則鋼球的速度為v m s 答案 2 1 50 1 49 1 51都算對 1 50 1 49 1 51都算對 3 下表為該同學(xué)的實驗結(jié)果 解析 3 若是空氣阻力造成的 則 Ek應(yīng)小于 Ep 根據(jù)表格數(shù)據(jù)知不是空氣阻力造成的 答案 3 見解析 他發(fā)現(xiàn)表中的 Ep與 Ek之間存在差異 認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的 你是否同意他的觀點 請說明理由 4 請你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議 創(chuàng)新 改進(jìn)點分析 1 實驗器材的改進(jìn) 1 利用細(xì)線系住鋼球來驗證機(jī)械能守恒定律 2 利用光電門測鋼球經(jīng)過光電門的速度 2 誤差分析與實驗改進(jìn) 1 因空氣阻力做負(fù)功 導(dǎo)致 Ek Ep 是鋼球的速度計算方法引起的 2 改進(jìn)方案應(yīng)從修正鋼球速度大小的角度來設(shè)計 模擬創(chuàng)新實驗沖關(guān) 1 利用氣墊導(dǎo)軌驗證機(jī)械能守恒定律 實驗裝置示意圖如圖所示 1 實驗步驟 將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上 桌面高度不低于1m 將導(dǎo)軌調(diào)至水平 用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度l 9 30mm 由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離s cm 將滑塊移至光電門1左側(cè)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過光電門2 從數(shù)字計時器 圖中未畫出 上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間 t1和 t2 用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M 再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m 解析 1 由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離s 80 30cm 20 30cm 60 00cm 答案 1 60 00 59 96 60 04 2 用表示直接測量量的字母寫出下列所示物理量的表達(dá)式 滑塊通過光電門1和光電門2時瞬時速度分別為v1 和v2 當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時 系統(tǒng) 包括滑塊 擋光條 托盤和砝碼 的總動能分別為Ek1 和Ek2 在滑塊從光電門1運(yùn)動到光電門2的過程中 系統(tǒng)勢能的減少 Ep 重力加速度為g 3 如果 Ep 則可認(rèn)為驗證了機(jī)械能守恒定律 解析 3 最后對比Ek2 Ek1與 Ep數(shù)值大小 在誤差允許的范圍內(nèi)相等 就驗證了機(jī)械能守恒定律 答案 3 Ek2 Ek1 創(chuàng)新 改進(jìn)點分析 實驗器材的改進(jìn) 1 用氣墊導(dǎo)軌減小阻力 2 用光電門和擋光條測速度 2 2018 遼寧沈陽模擬 某同學(xué)利用圖示裝置 驗證以下兩個規(guī)律 兩物塊通過不可伸長的細(xì)繩相連接 沿繩分速度相等 系統(tǒng)機(jī)械能守恒 P Q R是三個完全相同的物塊 P Q用細(xì)繩連接 放在水平氣墊桌上 物塊R與輕滑輪連接 放在正中間 a b c是三個光電門 調(diào)整三個光電門的位置 能實現(xiàn)同時遮光 整個裝置無初速度釋放 1 為了能完成實驗 除了記錄P Q R上三個遮光片的遮光時間t1 t2 t3外 還必須測量的物理量有 A P Q R的質(zhì)量MB 兩個定滑輪的距離dC R的遮光片到c的距離HD 遮光片的寬度x 答案 1 CD 2 根據(jù)裝置可以分析出P Q的速度大小相等 驗證表達(dá)式為 3 若要驗證物塊R與物塊P的沿繩分速度相等 則驗證表達(dá)式為 4 若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭 則驗證系統(tǒng)機(jī)械能守恒的表達(dá)式為 創(chuàng)新 改進(jìn)點分析 實驗方案創(chuàng)新 利用三個物塊運(yùn)動中的 Ep減 Ek增驗證 需用三個光電門測出三個物塊的速度