2018-2019學年高考物理 主題二 機械能及其守恒定律 第四章 機械能及其守恒定律 實驗 驗證機械能守恒定律課件 教科版.ppt

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實驗 驗證機械能守恒定律 一 實驗目的1 會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度 2 掌握利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的原理和方法 mgh mgh 三 實驗器材鐵架臺 帶鐵夾 重錘 帶夾子 紙帶 復寫紙 導線 毫米刻度尺 打點計時器 低壓交流電源 四 實驗步驟1 安裝置 按圖將檢查 調整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上 接好電路 2 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 用手提著紙帶使重物靜止在 打點計時器的地方 先 后松開紙帶 讓重物帶著紙帶自由下落 更換紙帶重復做3 5次實驗 靠近 接通電源 3 選紙帶 選取點跡較為清晰且開始的兩點間距離約為 的紙帶 把紙帶上打出的第一個點作為起始點 記作O 在距離O點較遠處再依次選出計數點1 2 3 4 測距離 用刻度尺測出O點到1 2 3 的距離 即為對應下落的高度h1 h2 h3 2mm 五 數據處理1 計算各點對應的瞬時速度 記下第1個點的位置O 在紙帶上從離O點適當距離開始選取幾個計數點1 2 3 并測量出各計數點到O點的距離h1 h2 h3 再根據公式vn 計算出1 2 3 4 n點的瞬時速度v1 v2 v3 v4 vn 原點 g 六 誤差分析1 在進行長度測量時 測量及讀數不準造成誤差 2 重物下落要克服阻力做功 部分機械能轉化成 下落高度越大 機械能損失越多 所以實驗數據出現(xiàn)了各計數點對應的機械能依次略有減小的現(xiàn)象 3 由于交流電的周期不穩(wěn)定 造成打點時間間隔變化而產生誤差 七 注意事項1 應盡可能控制實驗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 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嚴格豎直 以減小 2 應選用質量和密度較 的重物 增大重力可使阻力的影響相對 增大密度可以減小體積 使空氣阻力減小 內能 摩擦阻力 大 減小 實驗原理與操作 試題案例 例1 如圖1為驗證 機械能守恒定律 的實驗裝置示意圖 現(xiàn)有的器材為 帶鐵夾的鐵架臺 電磁打點計時器 紙帶 帶鐵夾的重錘 天平 回答下列問題 圖1 1 為完成此實驗 除了所給的器材外 還需要的器材有 填入正確選項前的字母 A 米尺B 秒表C 0 12V的直流電源D 0 12V的交流電源 2 下面列舉了該實驗的幾個操作步驟 A 按照圖示的裝置安裝器材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操作不當的步驟是 3 實驗中誤差產生的原因有 寫出兩個原因 4 利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數值 根據打出的紙帶 選取紙帶上連續(xù)的五個點A B C D E 測出各點之間的距離如圖2所示 使用交流電源的頻率為f 則計算重錘下落的加速度的表達式a 用x1 x2 x3 x4及f表示 圖2 解析 1 為完成此實驗 除了所給的器材外 還需要米尺 0 12V的交流電源 2 其中操作不當的步驟是將打點計時器接到電源的 直流輸出 上 打點計時器需要交流電源 3 紙帶與打點計時器之間有摩擦以及空氣阻力 用米尺測量紙帶上點的位置時讀數有誤差 計算重力勢能變化時 選取初 末兩點距離過近 交流電源頻率不穩(wěn)定等 答案 1 AD 2 B 3 紙帶與打點計時器之間有摩擦以及空氣阻力 用米尺測量紙帶上點的位置時讀數有誤差 計算勢能變化時 選取初 末兩點距離過近 交流電源頻率不穩(wěn)定 針對訓練1 2018 寧波高一檢測 在 驗證機械能守恒定律 的實驗中 1 下列物理量中需要用工具直接測量的有 A 重物的質量B 重力加速度C 重物下落的高度D 與重物下落高度對應的重物的瞬時速度 解析 1 在 驗證機械能守恒定律 的實驗中 只需要用刻度尺測量重物下落的高度 重物的質量不用測量 重力加速度不需要測量 通過計算可以得到與重物下落高度對應的重物的瞬時速度 故選C 答案 1 C 2 過原點的傾斜直線重力加速度g 實驗數據的處理 試題案例 例2 2018 襄陽高一檢測 某同學做 驗證機械能守恒定律 實驗時 不慎將一條挑選出的紙帶的一部分損壞 損壞的是前端部分 剩下的一段紙帶上各相鄰點間的距離已測出標在圖中 單位是cm 打點計時器工作頻率為50Hz 重力加速度g取9 8m s2 圖3 1 重物在2點的速度v2 在5點的速度v5 此過程中動能增加量 Ek 重力勢能減少量 Ep 由以上可得出實驗結論 2 重物獲得的動能往往 填 大于 小于 或 等于 減少的重力勢能 實驗中產生系統(tǒng)誤差的原因是 3 根據實驗判斷下列圖像正確的是 其中 Ek表示重物動能的變化量 h表示物體下落的高度 2 由于紙帶受到摩擦力作用 需克服摩擦力做功 所以獲得的動能小于減少的重力勢能 3 重物機械能守恒 重物減少的重力勢能轉化為增加的動能 即 Ek mg h 可見重物增加的動能與下落的距離成正比 選項C正確 答案 1 1 50m s2 075m s1 03mJ1 06mJ在誤差允許的范圍內 機械能守恒 2 小于紙帶受到摩擦力作用 3 C 針對訓練2 某同學用圖4甲所示的實驗裝置 驗證機械能守恒定律 其中打點計時器的電源為交流電源 可以使用的頻率有20Hz 30Hz和40Hz 打出紙帶的一部分如圖乙所示 該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f 需要用實驗數據和其他條件進行推算 圖4 1 若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落 利用f和圖乙中給出的物理量可以寫出 在打點計時器打出B點時 重物下落的速度大小為 打出C點時重物下落的速度大小為 重物下落的加速度大小為 2 已測得s1 8 89cm s2 9 50cm s3 10 10cm 當地重力加速度大小為9 80m s2 實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1 由此推算出f為 Hz 實驗創(chuàng)新設計 試題案例 例3 2018 青島高一檢測 利用如圖5所示實驗裝置來 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 下落過程中小鐵球經過光電門B時 毫秒計時器 圖中未畫出 記錄下小鐵球的擋光時間t 實驗前調整光電門位置 使小球下落過程中 小鐵球球心垂直細激光束通過光電門 當地重力加速度為g 圖5 1 為了驗證小鐵球下落過程中機械能是否守恒 還需要測量的物理量是 A A點距地面的高度HB A B之間的距離hC 小鐵球從A到B的下落時間tABD 小鐵球的直徑d 2 小鐵球通過光電門時的瞬時速度v 要驗證小鐵球下落過程中機械能是否守恒 只需驗證等式 是否成立即可 用實驗中測得物理量的符號表示 解析 1 根據實驗原理可知 需要測量的是A點到光電門B的距離 故A錯誤 B正確 利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度 不需要測量下落時間 故C錯誤 利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度時 需要知道擋光物體的尺寸 因此需要測量小球的直徑 故D正確 針對訓練3 現(xiàn)利用如圖6所示裝置驗證機械能守恒定律 圖中AB是固定的光滑斜面 斜面的傾角為30 1和2是固定在斜面上適當位置的兩個光電門 與它們連接的光電計時器都沒有畫出 讓滑塊從斜面的頂端滑下 光電門1 2各自連接的光電計時器顯示的擋光時間分別為5 00 10 2s 2 00 10 2s 已知滑塊質量為2 00kg 滑塊沿斜面方向的長度為5 00cm 光電門1和2之間的距離為0 54m g取9 80m s2 取滑塊經過光電門時的速度為其平均速度 圖6 1 滑塊經過光電門1時的速度v1 m s 通過光電門2時的速度v2 m s 2 滑塊通過光電門1 2之間的動能增加量為 J 重力勢能的減少量為 J 答案 1 1 002 50 2 5 255 29