2018-2019學(xué)年高考物理 主題二 機(jī)械能及其守恒定律 第四章 機(jī)械能及其守恒定律 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 教科版.ppt

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實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度 2 掌握利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理和方法 mgh mgh 三 實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái) 帶鐵夾 重錘 帶夾子 紙帶 復(fù)寫(xiě)紙 導(dǎo)線 毫米刻度尺 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 低壓交流電源 四 實(shí)驗(yàn)步驟1 安裝置 按圖將檢查 調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)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(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔 用手提著紙帶使重物靜止在 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方 先 后松開(kāi)紙帶 讓重物帶著紙帶自由下落 更換紙帶重復(fù)做3 5次實(shí)驗(yàn) 靠近 接通電源 3 選紙帶 選取點(diǎn)跡較為清晰且開(kāi)始的兩點(diǎn)間距離約為 的紙帶 把紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)作為起始點(diǎn) 記作O 在距離O點(diǎn)較遠(yuǎn)處再依次選出計(jì)數(shù)點(diǎn)1 2 3 4 測(cè)距離 用刻度尺測(cè)出O點(diǎn)到1 2 3 的距離 即為對(duì)應(yīng)下落的高度h1 h2 h3 2mm 五 數(shù)據(jù)處理1 計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度 記下第1個(gè)點(diǎn)的位置O 在紙帶上從離O點(diǎn)適當(dāng)距離開(kāi)始選取幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)1 2 3 并測(cè)量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h1 h2 h3 再根據(jù)公式vn 計(jì)算出1 2 3 4 n點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1 v2 v3 v4 vn 原點(diǎn) g 六 誤差分析1 在進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量時(shí) 測(cè)量及讀數(shù)不準(zhǔn)造成誤差 2 重物下落要克服阻力做功 部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成 下落高度越大 機(jī)械能損失越多 所以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)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(diǎn)時(shí)間間隔變化而產(chǎn)生誤差 七 注意事項(xiàng)1 應(yīng)盡可能控制實(shí)驗(yàn)滿足機(jī)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(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí) 必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直 以減小 2 應(yīng)選用質(zhì)量和密度較 的重物 增大重力可使阻力的影響相對(duì) 增大密度可以減小體積 使空氣阻力減小 內(nèi)能 摩擦阻力 大 減小 實(shí)驗(yàn)原理與操作 試題案例 例1 如圖1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) 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶 帶鐵夾的重錘 天平 回答下列問(wèn)題 圖1 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 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(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟 A 按照?qǐng)D示的裝置安裝器材B 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的 直流輸出 上C 用天平測(cè)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(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離F 根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是 3 實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有 寫(xiě)出兩個(gè)原因 4 利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度a的數(shù)值 根據(jù)打出的紙帶 選取紙帶上連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A B C D E 測(cè)出各點(diǎn)之間的距離如圖2所示 使用交流電源的頻率為f 則計(jì)算重錘下落的加速度的表達(dá)式a 用x1 x2 x3 x4及f表示 圖2 解析 1 為完成此實(shí)驗(yàn) 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(dāng)?shù)牟襟E是將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的 直流輸出 上 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要交流電源 3 紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦以及空氣阻力 用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差 計(jì)算重力勢(shì)能變化時(shí) 選取初 末兩點(diǎn)距離過(guò)近 交流電源頻率不穩(wěn)定等 答案 1 AD 2 B 3 紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦以及空氣阻力 用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差 計(jì)算勢(shì)能變化時(shí) 選取初 末兩點(diǎn)距離過(guò)近 交流電源頻率不穩(wěn)定 針對(duì)訓(xùn)練1 2018 寧波高一檢測(cè) 在 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 1 下列物理量中需要用工具直接測(cè)量的有 A 重物的質(zhì)量B 重力加速度C 重物下落的高度D 與重物下落高度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度 解析 1 在 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 只需要用刻度尺測(cè)量重物下落的高度 重物的質(zhì)量不用測(cè)量 重力加速度不需要測(cè)量 通過(guò)計(jì)算可以得到與重物下落高度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度 故選C 答案 1 C 2 過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線重力加速度g 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 試題案例 例2 2018 襄陽(yáng)高一檢測(cè) 某同學(xué)做 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)時(shí) 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(diǎn)間的距離已測(cè)出標(biāo)在圖中 單位是cm 打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)的速度v2 在5點(diǎn)的速度v5 此過(guò)程中動(dòng)能增加量 Ek 重力勢(shì)能減少量 Ep 由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論 2 重物獲得的動(dòng)能往往 填 大于 小于 或 等于 減少的重力勢(shì)能 實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是 3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)判斷下列圖像正確的是 其中 Ek表示重物動(dòng)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(dòng)能小于減少的重力勢(shì)能 3 重物機(jī)械能守恒 重物減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為增加的動(dòng)能 即 Ek mg h 可見(jiàn)重物增加的動(dòng)能與下落的距離成正比 選項(xiàng)C正確 答案 1 1 50m s2 075m s1 03mJ1 06mJ在誤差允許的范圍內(nèi) 機(jī)械能守恒 2 小于紙帶受到摩擦力作用 3 C 針對(duì)訓(xùn)練2 某同學(xué)用圖4甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率f 需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他條件進(jìn)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(xiě)出 在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí) 重物下落的速度大小為 打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為 重物下落的加速度大小為 2 已測(cè)得s1 8 89cm s2 9 50cm s3 10 10cm 當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮? 80m s2 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì) 試題案例 例3 2018 青島高一檢測(cè) 利用如圖5所示實(shí)驗(yàn)裝置來(lái) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 通過(guò)電磁鐵控制的小鐵球從A點(diǎn)自由下落 下落過(guò)程中小鐵球經(jīng)過(guò)光電門(mén)B時(shí) 毫秒計(jì)時(shí)器 圖中未畫(huà)出 記錄下小鐵球的擋光時(shí)間t 實(shí)驗(yàn)前調(diào)整光電門(mén)位置 使小球下落過(guò)程中 小鐵球球心垂直細(xì)激光束通過(guò)光電門(mén) 當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間 圖5 1 為了驗(yàn)證小鐵球下落過(guò)程中機(jī)械能是否守恒 還需要測(cè)量的物理量是 A A點(diǎn)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(shí)間tABD 小鐵球的直徑d 2 小鐵球通過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度v 要驗(yàn)證小鐵球下落過(guò)程中機(jī)械能是否守恒 只需驗(yàn)證等式 是否成立即可 用實(shí)驗(yàn)中測(cè)得物理量的符號(hào)表示 解析 1 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知 需要測(cè)量的是A點(diǎn)到光電門(mén)B的距離 故A錯(cuò)誤 B正確 利用小球通過(guò)光電門(mén)的平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度 不需要測(cè)量下落時(shí)間 故C錯(cuò)誤 利用小球通過(guò)光電門(mén)的平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度時(shí) 需要知道擋光物體的尺寸 因此需要測(cè)量小球的直徑 故D正確 針對(duì)訓(xùn)練3 現(xiàn)利用如圖6所示裝置驗(yàn)證機(jī)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(dāng)位置的兩個(gè)光電門(mén) 與它們連接的光電計(jì)時(shí)器都沒(méi)有畫(huà)出 讓滑塊從斜面的頂端滑下 光電門(mén)1 2各自連接的光電計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為5 00 10 2s 2 00 10 2s 已知滑塊質(zhì)量為2 00kg 滑塊沿斜面方向的長(zhǎng)度為5 00cm 光電門(mén)1和2之間的距離為0 54m g取9 80m s2 取滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度為其平均速度 圖6 1 滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)1時(shí)的速度v1 m s 通過(guò)光電門(mén)2時(shí)的速度v2 m s 2 滑塊通過(guò)光電門(mén)1 2之間的動(dòng)能增加量為 J 重力勢(shì)能的減少量為 J 答案 1 1 002 50 2 5 255 29