2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 實驗6 驗證機(jī)械能守恒定律課件 新人教版.ppt

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實驗6驗證機(jī)械能守恒定律 實驗溯本求源 實驗熱點探究 課時鞏固訓(xùn)練 三 實驗器材鐵架臺 含鐵夾 打點計時器 學(xué)生電源 紙帶 復(fù)寫紙 導(dǎo)線 毫米刻度尺 重物 帶紙帶夾 四 實驗步驟1 安裝 準(zhǔn)備 按如圖S6 2所示裝置把打點計時器安裝在鐵架臺上 用導(dǎo)線把打點計時器與學(xué)生電源連接好 把紙帶的一端用夾子固定在重物上 另一端穿過計時器限位孔 用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近 圖S6 2 熱點一實驗原理與實驗操作 例1圖S6 3為驗證機(jī)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 電火花計時器 紙帶 帶鐵夾的重錘 天平 回答下列問題 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 毫米刻度尺B 秒表C 220V的直流電源D 220V的交流電源 圖S6 3 2 部分實驗步驟如下 A 接通電源 待打點計時器工作穩(wěn)定后放開紙帶B 將重錘靜止靠在打點計時器附近 手提紙帶的上端C 關(guān)閉電源 取出紙帶D 把打點計時器固定在鐵夾上 讓紙帶穿過限位孔上述實驗步驟的正確順序是 3 寫出本實驗產(chǎn)生誤差的一個原因 變式某實驗小組用如圖S6 4甲所示裝置研究系統(tǒng)在金屬軌道上運動過程中機(jī)械能是否守恒 將一端帶有滑輪的長金屬軌道水平放置 重物通過細(xì)繩水平牽引小車沿軌道運動 利用打點計時器和紙帶記錄小車的運動 圖S6 4 1 本實驗中小車質(zhì)量 選填 需要 或 不需要 遠(yuǎn)大于重物質(zhì)量 2 將小車靠近打點計時器 將穿好的紙帶拉直 接通電源 釋放小車 圖乙是打出的一條清晰紙帶 O點是打下的第一個點 1 2 3 4 5是連續(xù)的計數(shù)點 O點和計數(shù)點1之間還有多個點 圖中未畫出 相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0 02s 在打計數(shù)點4時小車的速度v m s 若已知重物的質(zhì)量為m 小車的質(zhì)量為M 則從點O到點4的過程中 系統(tǒng)減少的重力勢能為J 增加的動能為J g取9 8m s2 結(jié)果均保留兩位小數(shù) 特別提醒 1 安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn) 使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 熱點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析 例2某同學(xué)安裝如圖S6 5甲所示的實驗裝置 驗證機(jī)械能守恒定律 如圖乙所示是該實驗得到的一條點跡清晰的紙帶 現(xiàn)要取A B兩點來驗證 已知電火花計時器每隔0 02s打一個點 圖S6 5 丙 變式甲實驗小組利用圖S6 6 a 裝置驗證機(jī)械能守恒定律 將小鋼球從軌道的不同高度h處由靜止釋放 斜槽軌道水平末端離落點的高度為H 鋼球的落點距軌道末端的水平距離為s g取10m s2 1 若軌道完全光滑 s2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足s2 用H h表示 2 圖 b 中圖線 為根據(jù)實驗測量結(jié)果描點作出的s2 h關(guān)系圖線 圖線 為根據(jù)理論計算得到的s2 h關(guān)系圖線 對比實驗結(jié)果 發(fā)現(xiàn)自同一高度由靜止釋放的鋼球 實際水平拋出的速率 選填 小于 或 大于 理論值 造成這種偏差的可能原因是 乙實驗小組利用同樣的裝置通過頻閃照相探究平拋運動中的機(jī)械能守恒 將質(zhì)量為0 1kg的小鋼球A由斜槽某位置由靜止釋放 由頻閃照相得到如圖 c 所示的小鋼球位置示意圖 O點為小鋼球的水平拋出點 3 根據(jù)小鋼球位置示意圖可以判斷閃光間隔為s 4 以O(shè)點所在水平面為零勢能面 小鋼球A在O點的機(jī)械能為J 小鋼球A在C點時的重力勢能為J 動能為J 機(jī)械能為J 圖S6 6 熱點三同類實驗拓展與創(chuàng)新 例3如圖S6 7甲所示的裝置叫作阿特伍德機(jī) 是英國數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家阿特伍德創(chuàng)制的一種著名力學(xué)實驗裝置 用來研究勻變速直線運動的規(guī)律 某同學(xué)對該裝置加以改進(jìn)后用來驗證機(jī)械能守恒定律 如圖乙所示 已知重力加速度為g 1 實驗時 該同學(xué)進(jìn)行了如下操作 將質(zhì)量均為M A的含擋光片 B的含掛鉤 的重物用繩連接后 跨放在定滑輪上 處于靜止?fàn)顟B(tài) 測量出 選填 A的上表面 A的下表面 或 擋光片中心 到光電門中心的豎直距離h 在B的下端掛上質(zhì)量為m的物塊C 讓系統(tǒng) 重物A B以及物塊C 中的物體由靜止開始運動 光電門記錄擋光片擋光的時間為 t 測出擋光片的寬度d 計算有關(guān)物理量 驗證機(jī)械能守恒定律 2 如果系統(tǒng) 重物A B以及物塊C 的機(jī)械能守恒 應(yīng)滿足的關(guān)系式為 3 引起該實驗系統(tǒng)誤差的原因有 寫一條即可 圖S6 7 3 通過 1 2 的實驗數(shù)據(jù) 可以得出的結(jié)論是 小球與地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能 選填 守恒 不守恒 或 無法判斷是否守恒 2 中小球離A點的距離h 選填 大于 小于 或 等于 h1 1 2016 拉薩中學(xué)月考 小明同學(xué)采用如圖S6 9甲所示的裝置進(jìn)行 驗證機(jī)械能守恒定律 實驗 圖S6 9 1 除了圖甲裝置中的器材之外 還必須從圖乙中選取實驗器材 其名稱是 2 指出圖甲裝置中不合理的地方 一處 3 小明同學(xué)得到了如圖丙所示的一條紙帶 讀出0 4兩點間的距離為cm 4 已知打點計時器的電源頻率為50Hz 打下計數(shù)點5時紙帶速度的大小為 保留2位有效數(shù)字 m s 2 如圖S6 10甲所示為 驗證機(jī)械能守恒定律 的實驗裝置圖 1 本實驗中 下列器材中不必要的是 A 天平B 交流電源C 秒表D 打點計時器 圖S6 10 3 某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機(jī)械能守恒定律 頻閃儀每隔0 05s閃光一次 圖S6 11所標(biāo)數(shù)據(jù)為實際距離 該同學(xué)通過計算得到不同時刻的速度如下表 當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9 8m s2 小球質(zhì)量m 0 4kg 結(jié)果保留3位有效數(shù)字 1 由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5 m s 2 從t2到t5時間內(nèi) 重力勢能增量 Ep J 動能減少量 ek J 3 在誤差允許的范圍內(nèi) 若 Ep與 Ek近似相等 即可驗證機(jī)械能守恒定律 由上述計算得 Ep 選填 或 Ek 造成這種結(jié)果的主要原因是 圖S6 11 4 利用如圖S6 12甲實驗裝置探究重錘下落過程中重力勢能與動能的轉(zhuǎn)化問題 甲 乙 丙 圖S6 12 1 圖乙為一條符合實驗要求的紙帶 O點為打點計時器打下的第一點 分別測出若干連續(xù)點A B C 與O點之間的距離h1 h2 h3 已知打點計時器的打點周期為T 重錘質(zhì)量為m 重力加速度為g 可得重錘下落到B點時的速度大小為 2 取打下O點時重錘的重力勢能為零 計算出該重錘下落不同高度h時所對應(yīng)的動能Ek和重力勢能Ep 建立坐標(biāo)系 橫軸表示h 縱軸表示Ek和Ep 根據(jù)以上數(shù)據(jù)在圖丙中繪出圖線 和圖線 已求得圖線 斜率的絕對值k1和圖線 的斜率k2 重錘和紙帶在下落過程中所受平均阻力與重錘所受重力的比值為 用k1和k2表示 5 如圖S6 13所示實驗裝置可以用來驗證機(jī)械能守恒定律 左側(cè)重物A帶有擋光片 其總質(zhì)量為m 右側(cè)重物B質(zhì)量為M 兩重物由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩相連 與光電門相連的數(shù)字毫秒計可以測量擋光片經(jīng)過光電門時的擋光時間 擋光片的寬度用b表示 擋光片到光電門之間的距離用h表示 擋光片通過光電門的平均速度近似看作擋光片通過光電門的瞬時速度 實驗時重物從靜止開始運動 重物B的質(zhì)量M大于A和擋光片的總質(zhì)量m 圖S6 13 1 在實驗過程中 與光電門相連的數(shù)字毫秒計記錄的擋光片的擋光時間為t 則擋光片通過光電門的瞬時速度可表示為v 2 重物從靜止開始運動 當(dāng)擋光片經(jīng)過光電門位置時 A和B組成的系統(tǒng)動能增加量可表示為 Ek 系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為 Ep 在誤差允許的范圍內(nèi) 若 Ek Ep 則可認(rèn)為系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 重力加速度為g 3 為了減小偶然誤差 多次改變擋光片到光電門之間的距離h 作出v2 h圖像 如圖S6 14所示 并測得該圖像的斜率為k 則重力加速度的表達(dá)式為 圖S6 14 6 用自由落體法驗證機(jī)械能守恒定律 器材安裝如圖S6 15甲所示 甲 圖S6 15 圖S6 16