高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件.ppt

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實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理及數(shù)據(jù)處理 例1 2016 浙江溫州十校聯(lián)合體聯(lián)考 某同學(xué)安裝如圖1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)證實(shí)驗(yàn) 已知電火花計(jì)時(shí)器每隔0 02s打一個(gè)點(diǎn) 圖1 請(qǐng)回答下列問題 1 電火花計(jì)時(shí)器的工作電壓是V 2 根據(jù)紙帶可以判斷 實(shí)驗(yàn)時(shí)紙帶的 填 左 或 右 端和重物相連接 3 若x2 4 80cm 則在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)的速度vB m s 計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字 4 若x1數(shù)據(jù)也已測(cè)出 則要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)還需測(cè)出的物理量為 5 經(jīng)過測(cè)量計(jì)算后 某同學(xué)畫出了如圖2所示的E h圖線 h為重物距地面的高度 則圖2中表示動(dòng)能隨高度變化的曲線為 填 圖線A 或 圖線B 圖2解析 2 從紙帶上可以發(fā)現(xiàn)從左到右 相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離越來越大 說明速度越來越大 與重物相連接的紙帶先打出點(diǎn) 速度較小 所以實(shí)驗(yàn)時(shí)紙帶的左端通過夾子和重物相連接 4 若x1數(shù)據(jù)已測(cè)出 則可求出在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)A時(shí)的速度 進(jìn)而可求出A B兩點(diǎn)動(dòng)能的變化量 要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 則還要求出重力勢(shì)能的變化量 所以還要測(cè)出A B之間的距離hAB 5 因重物在下落過程中做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 所以高度越來越小 速度越來越大 動(dòng)能越來越大 故圖2中表示動(dòng)能隨高度變化的曲線為圖線B 答案 1 220 2 左 3 1 20 4 A B之間的距離或hAB 5 圖線B 變式訓(xùn)練 1 在進(jìn)行 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 圖3 1 兩實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)分別采用了如圖3甲和乙所示的裝置 采用兩種不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 在圖甲中 下落物體應(yīng)選擇密度 選填 大 或 小 的重物 在圖乙中 兩個(gè)重物的質(zhì)量關(guān)系是m1m2 選填 采用圖乙的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 還需要的實(shí)驗(yàn)器材有交流電源 刻度尺和 比較兩種實(shí)驗(yàn)方案 你認(rèn)為圖 選填 甲 或 乙 所示實(shí)驗(yàn)方案更合理 理由是 2 有一同學(xué)采用了圖甲所示的方案 選出一條紙帶如圖4所示 其中O點(diǎn)為起始點(diǎn) A B C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以50Hz交流電 在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B之間 B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn) 重物的質(zhì)量為0 5kg g取9 8m s2 根據(jù)以上數(shù)據(jù) 打B點(diǎn)時(shí)重物的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了J 這時(shí)它的動(dòng)能是J 根據(jù)上面這兩個(gè)數(shù)據(jù)你能得到的結(jié)論是 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 圖4解析 1 在甲圖中為了減小空氣阻力的影響 選擇體積小 密度大的重物 在圖乙中 m2在m1的拉力作用下向上運(yùn)動(dòng) 所以m1 m2 兩重物質(zhì)量不等 分析系統(tǒng)損失的重力勢(shì)能是否近似等于增加的動(dòng)能時(shí) 兩邊質(zhì)量不能約去 故需要天平測(cè)量兩重物的質(zhì)量 題圖乙中所示實(shí)驗(yàn)還受到細(xì)線與滑輪的阻力的影響 機(jī)械能損失較大 故題圖甲所示實(shí)驗(yàn)方案較為合理 答案 1 大 天平 甲圖乙中還受到細(xì)線與滑輪的阻力的影響 2 0 8670 852在誤差允許的范圍內(nèi) 重物下落時(shí)機(jī)械能守恒 熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新1 實(shí)驗(yàn)器材 裝置的改進(jìn) 3 實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)利用自由落體運(yùn)動(dòng)的閃光照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 例2 利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖5所示 圖5 1 實(shí)驗(yàn)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(cè)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x cm 將滑塊移至光電門1左側(cè)某處 待砝碼靜止不動(dòng)時(shí) 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(jì)時(shí)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(shí)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 2 用表示直接測(cè)量量的字母寫出下列所求物理量的表達(dá)式 滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1 和v2 當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時(shí) 系統(tǒng) 包括滑塊 擋光條 托盤和砝碼 的總動(dòng)能分別為Ek1 和Ek2 在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過程中 系統(tǒng)勢(shì)能的減少 Ep 重力加速度為g 3 如果 Ep 則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律 解析由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離x 80 30cm 20 30cm 60 00cm 變式訓(xùn)練 2 2016 河北邯鄲模擬 圖6為驗(yàn)證小球做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能守恒的裝置圖 圖中O點(diǎn)為釋放小球的初始位置 A B C D各點(diǎn)為固定速度傳感器的位置 A B C D O各點(diǎn)在同一豎直線上 1 已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間 則要完成實(shí)驗(yàn) 還需要測(cè)量的物理量是 圖6 A 小球的質(zhì)量mB 小球下落到每一個(gè)速度傳感器時(shí)的速度C 各速度傳感器與O點(diǎn)之間的豎直距離hD 小球自初始位置至下落到每一個(gè)速度傳感器時(shí)所用的時(shí)間t 2 作出v2 h圖象 由圖象算出其斜率k 當(dāng)k 時(shí) 可以認(rèn)為小球在下落過程中系統(tǒng)機(jī)械能守恒 3 寫出對(duì)減小本實(shí)驗(yàn)誤差有益的一條建議 答案 1 BC 2 2g 3 相鄰速度傳感器之間的距離適當(dāng)大些 或選質(zhì)量大 體積小的小球做實(shí)驗(yàn)或多測(cè)幾次求平均值 1 2015 浙江理綜 21 甲同學(xué)準(zhǔn)備做 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn) 乙同學(xué)準(zhǔn)備做 探究加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系 實(shí)驗(yàn) 圖7 1 圖7中A B C D E表示部分實(shí)驗(yàn)器材 甲同學(xué)需在圖中選用的器材 乙同學(xué)需在圖中選用的器材 用字母表示 圖8 2 某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室選齊所需器材后 經(jīng)正確操作獲得如圖8所示的兩條紙帶 和 紙帶的加速度大 填 或 其加速度大小為 答案 1 ABBDE 2 2 5 0 2 m s2 2 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)裝置可以采用如圖9所示的甲或乙方案來進(jìn)行 圖9 1 比較這兩種方案 填 甲 或 乙 方案好些 2 該同學(xué)開始實(shí)驗(yàn)時(shí)情形如圖丙所示 接通電源釋放紙帶 請(qǐng)指出該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中存在的兩處明顯錯(cuò)誤或不當(dāng)?shù)牡胤?3 該實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶 且測(cè)得每兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖丁所示 已知相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T 0 1s 則物體運(yùn)動(dòng)的加速度a 該紙帶是采用 填 甲 或 乙 實(shí)驗(yàn)方案得到的 解析 3 由 x aT2 利用逐差法得到物體運(yùn)動(dòng)的加速度a 4 8m s2 若用自由落體實(shí)驗(yàn)測(cè)得物體運(yùn)動(dòng)的加速度a應(yīng)該接近10m s2 所以該紙帶是采用乙實(shí)驗(yàn)方案得到的 答案 1 甲 2 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接了直流電源 重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn) 3 4 8m s2乙 3 2016 江西六校模擬 用如圖10所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源 輸出電壓有交流電和直流電兩種 重錘從高處由靜止開始下落 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點(diǎn) 對(duì)圖中紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量 即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 圖10 1 下列幾個(gè)操作步驟中 A 按照?qǐng)D示 安裝好實(shí)驗(yàn)裝置 B 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的 交流輸出 上 C 用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量 D 先釋放重錘 后接通電源 紙帶隨著重錘運(yùn)動(dòng) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn) 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)算重錘下落過程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能 沒有必要的是 操作錯(cuò)誤的是 填步驟前相應(yīng)的字母 2 使用質(zhì)量為m的重錘和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中 在選定的紙帶上依次取計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖11所示 紙帶上所打的點(diǎn)記錄了重錘在不同時(shí)刻的位置 那么紙帶的 填 左 或 右 端與重錘相連 設(shè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T 且0為打下的第一個(gè)點(diǎn) 當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn) 3 時(shí) 重錘的動(dòng)能表達(dá)式為 若以重錘的運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)0為參考點(diǎn) 當(dāng)打點(diǎn) 3 時(shí)重錘的機(jī)械能表達(dá)式為 圖11