2020高考物理大一輪復(fù)習 實驗六 驗證機械能守恒定律課件 新人教版.ppt

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實驗六驗證機械能守恒定律 實驗溯本求源 實驗熱點探究 課時鞏固訓(xùn)練 教師備用習題 一 實驗?zāi)康尿炞C機械能守恒定律 二 實驗原理1 在只有重力做功的自由落體運動中 物體的重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)化 但總的機械能 若質(zhì)量為m的物體做自由落體運動 下落高度為h時的速度為v 則重力勢能的減少量為 動能的增加量為 如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)重力勢能的減少量與相等 則驗證了機械能守恒定律 保持不變 mgh 動能的增加量 2 速度的測量 做勻變速直線運動的紙帶上某點的瞬時速度等于相鄰兩點間的 計算打第n個點瞬時速度的方法是 測出第n個點的相鄰前 后兩段相等時間T內(nèi)下落的距離xn和xn 1 由公式vn 計算 平均速度 三 實驗器材鐵架臺 含鐵夾 電源及導(dǎo)線 使用電火花計時器時用220V交流電源 紙帶 復(fù)寫紙片 重物 帶紙帶夾 實驗裝置如圖S6 1所示 四 實驗步驟1 器材安裝 如圖S6 1所示 將打點計時器固定在鐵架臺上 用導(dǎo)線將電磁打點計時器與低壓交流電源相連 此時電源開關(guān)應(yīng)為狀態(tài) 圖S6 1 電磁打點計時器 低壓交流 毫米刻度尺 斷開 2 打紙帶 把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 用手豎直提起紙帶 使重物?？吭诖螯c計時器下方附近 應(yīng)先 待打點穩(wěn)定后再松開紙帶 讓重物自由下落 打點計時器就在紙帶上打出一系列的點 取下紙帶 換上新的紙帶重打幾條 3 5條 紙帶 3 選紙帶 用起始點初速度為零驗證 選點跡清晰 且1 2兩點間距離小于或接近2mm的紙帶進行測量 若1 2兩點間的距離大于2mm 這是由于先釋放紙帶 后接通電源造成的 則第1個點對應(yīng)的瞬時速度 選填 不等于 或 等于 零 4 數(shù)據(jù)測量5 驗證結(jié)論 在的范圍內(nèi) 重物自由下落過程中機械能守恒 接通電源 誤差允許 不等于 熱點一實驗原理和實驗操作 例1某同學(xué)用如圖S6 2甲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(xué)生電源 可以提供輸出電壓為6V的交變電流和直流電 交變電流的頻率為50Hz 重錘從高處由靜止開始下落 打點計時器在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(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(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于其增加的動能 其中沒有必要進行的步驟是 操作不當?shù)牟襟E是 均填步驟前的選項字母 圖S6 2 圖S6 3 變式題某學(xué)習小組用如圖S6 4所示的實驗裝置驗證 機械能守恒定律 他們在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門B 細線一端連在滑塊 帶遮光條 上 另一端繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與鉤碼相連 每次滑塊都從A處由靜止釋放 1 下列實驗要求中不必要的一項是 填選項前的字母 A 應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平B 應(yīng)使細線與氣墊導(dǎo)軌平行C 應(yīng)使A位置與光電門B間的距離適當大些D 應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量 圖S6 4 2 用螺旋測微器測量遮光條寬度d 測量結(jié)果如圖S6 5所示 則d mm 3 實驗時 已知滑塊 帶遮光條 的質(zhì)量為M 鉤碼質(zhì)量為m A B間的距離為L 遮光條的寬度為d 遮光條通過光電門的時間為t 重力加速度為g 若滿足關(guān)系式 用M m g L d t表示 即可驗證從A到B過程中系統(tǒng)機械能守恒 圖S6 5 要點總結(jié) 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)以減小摩擦阻力 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 6所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律 如圖S6 7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 6圖S6 7 請回答下列問題 1 電火花計時器的工作電壓是V 2 若x2 4 80cm 則在紙帶上打下計數(shù)點B時的速度vB m s 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 3 若x1數(shù)據(jù)也已測出 則實驗還需測出的物理量為 4 經(jīng)過測量計算后 某同學(xué)畫出了如圖S6 8所示的E h圖線 則圖中表示重物動能隨重物高度變化的曲線為 選填 圖線A 或 圖線B 圖S6 8 答案 1 220 2 1 20 3 A B之間的距離 或hAB 4 圖線B 變式題用如圖S6 9所示實驗裝置驗證物塊1 2組成的系統(tǒng)機械能守恒 物塊2從高處由靜止開始下落 物塊1上拖著的紙帶打出一系列的點 對紙帶上的點進行測量 即可驗證機械能守恒定律 圖S6 10給出的是實驗中獲取的一條紙帶 其中0是打下的第一個點 相鄰兩個計數(shù)點間還有4個打點 圖中未標出 交流電的頻率為50Hz 計數(shù)點間的距離如圖所示 已知物塊1 2的質(zhì)量分別為m1 50g m2 150g g取9 8m s2 圖S6 9 圖S6 10 1 在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v m s 2 在打點0 5過程中系統(tǒng)動能的增加量 Ek J 系統(tǒng)勢能的減少量 Ep J 可知在實驗誤差允許的范圍內(nèi) 系統(tǒng)的機械能 答案 1 2 4 2 0 5760 588守恒 要點總結(jié) 熱點三同類實驗拓展與創(chuàng)新 例3為了驗證機械能守恒定律 某學(xué)生想到用氣墊導(dǎo)軌和光電門及質(zhì)量為m的小車來進行實驗 如圖S6 11所示 他將長為L 原來已調(diào)至水平的氣墊導(dǎo)軌的左端墊高H 在導(dǎo)軌上的兩點處分別安裝光電門A和B 然后將小車從導(dǎo)軌上端釋放 光電門自動記錄小車經(jīng)過上 下光電門時車上擋光片的擋光時間為t1 t2 用游標卡尺測得擋光片寬度為d 1 要驗證小車在運動過程中機械能守恒 還必須測出 2 寫出本實驗驗證機械能守恒定律的表達式 用上面測量出的物理量符號表示 圖S6 11 3 實驗所用滑塊的質(zhì)量m 600g 其他數(shù)據(jù)分別為L 1 5m H 10cm l 50cm 則實驗中重力勢能的減少量為J g取10m s2 4 如果氣墊導(dǎo)軌左端墊高H的值可調(diào) 此實驗還可以探究在質(zhì)量不變時 物體的加速度與合力的關(guān)系 回答下列問題 小車的加速度為a 小車所受合力為F 用上面測量出的物理量符號表示 要改變小車受到的合力 只需改變 作加速度 合力圖像時 橫軸可用代替 變式題某同學(xué)設(shè)計出如圖S6 12所示 驗證機械能守恒定律 的實驗裝置 小球用輕質(zhì)細繩懸掛于O點 在O點正下方固定一刀片 并在水平地面上用重錘記錄下O點在水平面的投影 將小球拉至與O等高的水平位置處 繩被拉直 從靜止釋放小球 當小球到達O點正下方時 刀片割斷細繩 小球做平拋運動 記錄下小球的落點 1 下列物理量中需要測量的是 填選項前的字母 A 細繩的長度LB O點到地面的高度HC O點在地面的投影到小球落點的水平距離xD 小球的質(zhì)量m 2 利用題 1 中的字母 需要驗證的等式是 圖S6 12 要點總結(jié) 1 用自由落體法驗證機械能守恒定律 器材安裝如圖S6 13所示 1 請指出圖中的錯誤及不妥之處 至少寫出兩處 2 改進實驗中錯誤及不妥之處后 打出如圖S6 14所示的一條紙帶 已知打點計時器所接電源的頻率為50Hz 根據(jù)紙帶所給數(shù)據(jù) 打C點時重物的速度為 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 m s 圖S6 13 圖S6 14 圖S6 15 4 通過分析發(fā)現(xiàn)造成k2值偏小的原因是實驗過程中存在各種阻力 已知實驗所用重物的質(zhì)量m2 0 052kg 當?shù)刂亓铀俣萭 9 78m s2 則重物所受的平均阻力f 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 N 2 某課外小組利用豎直上拋運動驗證機械能守恒定律 1 某同學(xué)利用20分度的游標卡尺測量小球的直徑 讀數(shù)如圖S6 16所示 小球的直徑d cm 圖S6 16 2 用如圖S6 17所示的彈射裝置將小球豎直向上彈出 小球先后經(jīng)過光電門A B 計時裝置測出通過A和B的時間分別為tA和tB 用刻度尺測出光電門A B間距離h 已知當?shù)刂亓铀俣却笮間 則只需要驗證等量關(guān)系式 用所測物理量符號表示 成立 就可說明在誤差允許范圍內(nèi)小球機械能守恒 圖S6 17 3 在驗證機械能守恒定律的實驗中 使質(zhì)量為m 200g的重物拖著紙帶自由下落 打點計時器在紙帶上打出一系列的點 選取一條符合實驗要求的紙帶如圖S6 18所示 O為紙帶下落的起始點 A B C為紙帶上選取的三個連續(xù)點 已知打點計時器每隔T 0 02s打一個點 當?shù)氐闹亓铀俣葹間 9 80m s2 圖S6 18 4 2018 深圳二調(diào) 某同學(xué)從實驗室天花板處自由釋放一鋼球 用頻閃攝影手段驗證機械能守恒定律 頻閃儀每隔相等時間短暫閃光一次 照片上記錄了鋼球在各個時刻的位置 1 操作時比較合理的做法是 填選項前的字母 A 先打開頻閃儀 再釋放鋼球B 先釋放鋼球 再打開頻閃儀 2 頻閃儀閃光頻率為f 拍到整個下落過程中的頻閃照片如圖S6 19所示 結(jié)合實驗場景估算f的可能值為 填選項前的字母 0 1HzB 1HzC 10HzD 100Hz 圖S6 19 3 用刻度尺在照片上測量鋼球各位置到釋放點O的距離分別為s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 s8 重力加速度為g 已知實際直徑與照片上鋼球直徑之比為k 用游標卡尺測出鋼球?qū)嶋H直徑D 如圖S6 20所示 則D cm 4 選用以上各物理量符號 驗證從O到A過程中鋼球機械能守恒成立的關(guān)系式為 2gs5 圖S6 20 5 某實驗小組利用如圖S6 21所示的裝置驗證機械能守恒定律 實驗主要步驟如下 將光電門安放在固定于水平地面上的長木板上 將細繩一端連在小車上 另一端繞過兩個定滑輪后懸掛一鉤碼 調(diào)節(jié)木板上滑輪的高度 使該滑輪與小車間的細繩與木板平行 測出開始時小車上遮光板與光電門之間的距離L 接通電源 釋放小車 記下小車遮光板經(jīng)過光電門的時間t 圖S6 21 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算出小車與鉤碼組成的系統(tǒng)動能的增加量和鉤碼重力勢能的減少量 改變L的大小 重復(fù)步驟 若在誤差允許范圍內(nèi) 系統(tǒng)動能的增加量均等于鉤碼重力勢能的減少量 說明該系統(tǒng)機械能守恒 1 根據(jù)上述實驗步驟 實驗中還需測量的物理量有 填選項前的字母 A 小車上遮光板的寬度dB 小車的質(zhì)量m1C 鉤碼的質(zhì)量m2D 鉤碼下落的時間t 2 由實驗步驟和 1 選項中測得的物理量 可得到系統(tǒng)動能增加量為 鉤碼重力勢能減少量為 重力加速度為g 1 在 驗證機械能守恒定律 的實驗中 1 某同學(xué)用圖甲所示裝置進行實驗 得到如圖乙所示的紙帶 A B C D E為連續(xù)的五個點 交流電的頻率為50Hz 測出點A C間的距離為14 77cm 點C E間的距離為16 33cm 已知當?shù)刂亓铀俣葹? 8m s2 重錘的質(zhì)量為m 1 0kg 則重錘在下落過程中受到的平均阻力大小f N 2 某同學(xué)上交的實驗報告顯示重錘增加的動能略大于重錘減少的重力勢能 則出現(xiàn)這一問題的原因可能是 填選項前的字母 A 重錘下落時受到的阻力過大B 在計算中誤將g取10m s2C 重錘的質(zhì)量測量錯誤D 交流電源的頻率小于50Hz 2 某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律 頻閃儀每隔0 05s閃光一次 圖中所標數(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 當?shù)刂亓铀俣热? 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 3 利用如圖所示的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 1 圖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 建立坐標系 橫軸表示h 縱軸表示Ek和Ep 根據(jù)以上數(shù)據(jù)在圖中繪出圖線 和圖線 已求得圖線 斜率的絕對值k1 2 94J m 圖線 的斜率k2 2 80J m 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