2017年高考物理一轮复习课件 实验（6）验证机械能守恒定律

2017年高考物理一轮复习课件 实验（6）验证机械能守恒定律内容摘要：

1、实验六 验证机械能守恒定律 误差分析 1 . 减小测量误差： 一是测下落距离时都从 0 点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值。 2 . 误差来源： 由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量 2m Ep进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。 注意事项 1 . 打点计时器要竖直： 安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力。 2 . 重物密度要大： 重物应选用质量大 、体积小、密度大的材料。 3 . 一先一后： 应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落。 4 . 测 长度，算速度： 某时刻的瞬时速度的计算应用 v 2、n 1 12 T，不能用 2 计算。 热点一 实验原理及数据处理 【 例 1】 (2016浙江温州十校联合体联考 )某同学安装如图 1甲所示的实验装置 ， 验证机械能守恒定律。 如图乙所示是该实验得到的一条点迹清晰的纸带 ， 现要取 A、 已知电火花计时器每隔 图 1 请回答下列问题： (1)电火花计时器的工作电压是 V。 (2)根据纸带可以判断 ， 实验时纸带的 (填 “ 左 ” 或“ 右 ” )端和重物相连接。 (3)若 则在纸带上打下计数点 m/s(计算结果保留三位有效数字 )。 (4)若 则要验证机械能守恒定律 ， 实验还需测出的物理量为。 (5)经过测量计算后，某同学画出了如图 3、 2所示的 E 图 2中表示动能随高度变化的曲线为 (填 “ 图线 A” 或 “ 图线 B” )。 图 2 解析 (2)从纸带上可以发现从左到右 ， 相邻的计数点的距离越来越大 ， 说明速度越来越大 ， 与重物相连接的纸带先打出点 ， 速度较小 ， 所以实验时纸带的左端通过夹子和重物相连接。 ( 3 ) 因纸带随重物一起做匀加速直线运动，所以根据匀变速直线运动的推论得：打出 B 点时纸带运动的瞬时速度为 v B x 22 Ts m/s。 (4)若 则可求出在纸带上打下计数点 进而可求出 A、 要验证机械能守恒定律 ，则还要求出重力势能的变化量 ， 所以还要测出 A、 (5)因重物在下落过程 4、中做匀加速直线运动 ， 所以高度越来越小 ， 速度越来越大 ， 动能越来越大 ， 故图 2中表示动能随高度变化的曲线为图线 B。 答案 (1)220 (2)左 (3)4)A、 5)图线 B 【 变式训练 】 验证机械能守恒定律 ” 的实验中： 图 3 (1)两实验小组同学分别采用了如图 3甲和乙所示的装置，采用两种不同的实验方案进行实验。 在图甲中 ， 下落物体应选择密度 (选填 “ 大 ” 或“ 小 ” )的重物；在图乙中 ， 两个重物的质量关系是 填 “ ” 、 “ ” 、 “ ” )； 采用图乙的方案进行实验 ， 还需要的实验器材有交流电源 ，刻度尺和 ； 比较两种实验方案 ， 你认为图 5、 (选填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ” )所示实验方案更合理 ， 理由是 _。 (2)有一同学采用了图甲所示的方案 ， 选出一条纸带如图 4所示 ，其中 A、 B、 打点计时器通以50 在计数点 之间 、 之间还各有一个点 ，重物的质量为 0.5 .8 m/根据以上数据 ， 打 J， 这时它的动能是 J， 根据上面这两个数据你能得到的结论是：。 (结果保留三位有效数字 ) 图 4 解析 (1) 在甲图中为了减小空气阻力的影响 ， 选择体积小 、密度大的重物；在图乙中 ， 所以 两重物质量不等 ， 分析系统损失的重力势能是否近似等于增加的动能时 ， 两边质量不能约去 ， 故需要天平测量两重物的质 6、量。 题图乙中所示实验还受到细线与滑轮的阻力的影响 ， 机械能损失较大 ， 故题图甲所示实验方案较为合理。 ( 2 ) 重力势能减少量为 E p B J ；打 B 点时重物的速度为 v B x x ，打 B 点时重物的动能为 E 12m (x x )2 ，可见在误差允许的范围内 ，重物下落时机械能守恒。 答案 (1) 大 天平 甲 图乙中还受到细线与滑轮的阻力的影响 (2)误差允许的范围内，重物下落时机械能守恒 热点二 实验的改进与创新 装置的改进 2 . 速度测量方法的改进 由光电门计算速度 替代测量纸带上各点速度 利用自由落体运动的闪光照片验证机械能守恒定律。 【 例 2】 利用气垫导 7、轨验证机械能守恒定律 ， 实验装置示意图如图 5所示： 图 5 (1)实验步骤。 将气垫导轨放在水平桌面上 ， 桌面高度不低于 1 m， 将导轨调至水平。 用游标卡尺测量挡光条的宽度 l 由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离 x 将滑块移至光电门 1左侧某处 ， 待砝码静止不动时 ， 释放滑块 ，要求砝码落地前挡光条已通过光电门 2。 从数字计时器 (图中未画出 )上分别读出挡光条通过光电门 1和光电门 2所用的时间 用天平称出滑块和挡光条的总质量 M， 再称出托盘和砝码的总质量 m。 (2)用表示直接测量量的字母写出下列所求物理量的表达式 滑块通过光电门 1和光电门 2时瞬时速度分别为 8、和。 当滑块通过光电门 1和光电门 2时 ， 系统 (包括滑块 、 挡光条 、 托盘和砝码 )的总动能分别为 和。 在滑块从光电门 1运动到光电门 2的过程中 ， 系统势能的减少 (重力加速度为 g)。 (3)如果 ， 则可认为验证了机械能守恒定律。 解析 由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离 x 由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度看作瞬时速度，挡光条的宽度 l 可用游标卡尺测量，挡光时间 t 可从数字计时器读出，因此，滑块通过光电门的瞬时速度为l t，则通过光电门 1 时瞬时速度为l t 1，通过光电门 2 时瞬时速度为l t 2。 由于质量事先已用天平测出，由公式 9、 2m 得：滑块通过光电门 1 时系统动能 2( M m )(l ，滑块通过光电门 2 时系统动能 2( M m )(l。 末动能减初动能可得动能的增加量。 两光电门中心之间的距离 x 即砝码和托盘下落的高度，系统势能的减小量 最后对比 误差允许的范围内相等，就验证了机械能守恒定律。 答案 ( 1 ) 59. 96 ( 2 ) l t 1l t 212( M m )(l t 1)212( M m )(l t 2)2 ( 3 ) E E 【 变式训练 】 2.(2016河北邯郸模拟 )图 6为验证小球做自由落体运 动时机械能守恒的装置图。 图中 初始位置 ， A、 B、 C、 的位置 ， A、 10、 B、 C、 D、 (1)已知当地的重力加速度为 g，则要完成实验，还 需要测量的物理量是 ； 图 6 m 点之间的竖直距离 h t (2)作出 由图象算出其斜率 k， 当 k 时 ， 可以认为小球在下落过程中系统机械能守恒； (3)写出对减小本实验误差有益的一条建议： _ _。 解析 ( 1 ) 小球做自由落体运动时，由机械能守恒定律得 12m 12需要测量小球下落到每一个速度传感器时的速度 v 和下落高度 h ，不需要测量小球的质量 m 和下落时间 t，故 B 、 C 正确， A 、 D 错误。 ( 2 ) 由 12m 2 得 h 图象的斜率 k 2 g。 ( 3 ) 为了减小测量的相对 11、误差，建议相邻速度传感器间的距离适当大些；为减小空气阻力的影响，建议选用质量大、体积小的小 球做实验等。 答案 (1)2)2g (3)相邻速度传感器之间的距离适当大些 (或选质量大、体积小的小球做实验或多测几次求平均值 ) 1.(2015浙江理综 ， 21)甲同学准备做 “ 验证机械能守恒定律 ” 实验 ， 乙同学准备做 “ 探究加速度与力 、 质量的关系 ” 实验。 图 7 (1)图 7中 A、 B、 C、 D、 同学需在图中选用的器材 ；乙同学需在图中选用的器材。 (用字母表示 ) 图 8 (2)某同学在实验室选齐所需器材后 ， 经正确操作获得如图 8所示的两条纸带 和。 纸带 的加速 12、度大 (填 “ ”或 “ ” )， 其加速度大小为。 解析 ( 1 ) “ 验证机械能守恒定律 ” 一般采用重锤自由落体运动，使用纸带法测速度，所以要用到重锤和电火花打点计时器，即 A 、B ； “ 探究加速度与力、质量的关系 ” 实验一般以小车为研究 对象，需改变小车质量， 要用到纸带法测加速度，所以需要电火花计时器、小车、钩码，即 B 、 D 、 E。 ( 2 ) 纸带 相邻相等时间位移之差 0.1 而 纸带的 由 a 知 纸带加速度大，且可算得 a 10 m/2.5 m/ 答案 (1)2) (m/.“ 验证机械能守恒定律 ” 的实验装置可以采用如图 9所示的甲或乙方案来进行。 图 9 (1)比较这两种方案 ， (填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ” )方案好些。 (2)该同学开始实。