2019年高考物理總復習 第五章 機械能 實驗六 驗證機械能守恒定律課件 教科版.ppt

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實驗六驗證機械能守恒定律 實驗基礎 核心探究 實驗基礎解讀實驗 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 重物應選用質(zhì)量大 體積小 密度大的材料 3 應先接通電源 讓打點計時器正常工作后 再松開紙帶讓重物下落 4 紙帶長度應選用60cm左右為宜 應選用點跡清晰的紙帶進行測量 誤差分析 核心探究通法悟道 拓寬思路 探究點一基礎性實驗 典例1 用圖 甲 的裝置研究物體的落體運動 已知打點計時器打點的周期為T 當?shù)刂亓铀俣葹間 主要操作如下 A 接通電源 釋放紙帶 然后關閉電源 B 取下紙帶 取其中的一段標出計數(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 計算式應為a 測出的a值比當?shù)豨值 選填 大 或 小 若要使a值接近當?shù)豨值 下落物體應選用 選填 50g 或 1kg 的鉤碼 2 若要驗證物體下落過程機械能守恒 若選取A B為研究點 則要驗證的關系式為 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 反思總結實驗數(shù)據(jù)的處理方法利用自由落體法驗證機械能守恒的實驗中 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 1 某同學用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律 實驗所用的電源為學生電源 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 即可驗證機械能守恒定律 1 他進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 其中沒有必要進行的步驟是 操作不當?shù)牟襟E是 答案 1 CB 答案 2 1 84 2 這位同學進行正確操作后挑選出一條點跡清晰的紙帶進行測量分析 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 應是圖中的 4 他進一步分析 發(fā)現(xiàn)本實驗存在較大誤差 為此對實驗設計進行了改進 用如圖所示的實驗裝置來驗證機械能守恒定律 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 用游標卡尺測得小鐵球的直徑d 重力加速度為g 實驗前應調(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存在關系式 就可驗證機械能守恒定律 5 比較兩個方案 改進后的方案相比原方案的最主要的優(yōu)點是 解析 5 改進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果造成的誤差 所以A B正確 動能與重力勢能表達式中都含有質(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 某同學用如圖 甲 所示的裝置驗證機械能守恒定律 一根細線系住鋼球 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 下表為該同學的實驗結果 解析 3 若是空氣阻力造成的 則 Ek應小于 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建議 創(chuàng)新 改進點分析 1 實驗器材的改進 1 利用細線系住鋼球來驗證機械能守恒定律 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 1 因空氣阻力做負功 導致 Ek Ep 是鋼球的速度計算方法引起的 2 改進方案應從修正鋼球速度大小的角度來設計 模擬創(chuàng)新實驗沖關 1 利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律 實驗裝置示意圖如圖所示 1 實驗步驟 將氣墊導軌放在水平桌面上 桌面高度不低于1m 將導軌調(diào)至水平 用游標卡尺測量擋光條的寬度l 9 30mm 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1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 由導軌標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 則可認為驗證了機械能守恒定律 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 就驗證了機械能守恒定律 答案 3 Ek2 Ek1 創(chuàng)新 改進點分析 實驗器材的改進 1 用氣墊導軌減小阻力 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繩相連接 沿繩分速度相等 系統(tǒng)機械能守恒 P Q R是三個完全相同的物塊 P Q用細繩連接 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 則驗證表達式為 4 若已知當?shù)刂亓铀俣萭 則驗證系統(tǒng)機械能守恒的表達式為 創(chuàng)新 改進點分析 實驗方案創(chuàng)新 利用三個物塊運動中的 Ep減 Ek增驗證 需用三個光電門測出三個物塊的速度