高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題五 實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 新人教版.ppt

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實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 實(shí)驗(yàn)原理 重力勢能 動能 在只有重力做功的自由落體運(yùn)動中 物體的 和 互相轉(zhuǎn)化 但總的機(jī)械能守恒 若物體某時刻速度為 故只需借助打點(diǎn)計時器 通過紙帶測出重物某時刻的 和該時刻的 即可驗(yàn)證機(jī)械能 是否守恒 下落高度h 瞬時速度v 實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺 帶鐵夾 打點(diǎn)計時器 重錘 帶紙帶夾子 紙帶幾條 復(fù)寫紙片 導(dǎo)線 刻度尺 學(xué)生電源 圖S6 1 實(shí)驗(yàn)過程 實(shí)驗(yàn)步驟 打點(diǎn)計時器 學(xué)生電源 1 按如圖S6 2所示把打點(diǎn)計時器安裝在鐵架臺上 用導(dǎo)線把 與 連接好 圖S6 2 2 把紙帶的一端用夾子固定在重錘上 另一端穿過打點(diǎn)計時器 用手豎直提起紙帶使重錘停靠在 附近 限位孔 打點(diǎn)計時器 3 先接通電源 后釋放重錘并帶著紙帶自由下落 4 重復(fù)幾次 得到3 5條打好點(diǎn)的紙帶 5 在打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰的一條 在起點(diǎn)標(biāo)上O 以后各點(diǎn)依次標(biāo)上1 2 3 4 用刻度尺測出對應(yīng)下落高度h1 h2 h3 h4 7 計算各點(diǎn)對應(yīng)的重力勢能的減少量 和動能 增加量 并進(jìn)行比較 mghn 實(shí)驗(yàn)結(jié)論做自由落體運(yùn)動的物體機(jī)械能守恒或僅在重力作用下物體機(jī)械能守恒 基礎(chǔ)檢測 1 實(shí)驗(yàn)時 發(fā)現(xiàn)重錘減少的重力勢能總是大于重錘增加的 動能 造成這種現(xiàn)象的主要原因是 A 選用的重錘質(zhì)量過大B 選用的重錘質(zhì)量過小C 空氣對重錘的阻力和打點(diǎn)計時器對紙帶的阻力影響過大D 實(shí)驗(yàn)操作不細(xì)致 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確答案 C 2 多選 利用打點(diǎn)計時器所得的紙帶如圖S6 3所示 A B C 是計數(shù)點(diǎn) 相鄰計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的時間間隔是T 對應(yīng)的距離依次是s1 s2 s3 下列計算打下D點(diǎn)時的瞬時速度表達(dá)式 正 確的有 圖S6 3 解析 在勻變速直線運(yùn)動中 中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度 D點(diǎn)既是CE的中間時刻 也是BF的中間時刻 故A D選項(xiàng)正確 答案 AD 考點(diǎn)1 實(shí)驗(yàn)原理和操作 重點(diǎn)歸納1 實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計時器的安裝 兩紙帶限位孔必須在同一豎直線上 以減小摩擦阻力 2 實(shí)驗(yàn)時 必須先接通電源 讓打點(diǎn)計時器工作正常后再釋放紙帶 讓重錘下落 3 打點(diǎn)計時器必須接低壓交流電源 4 重錘的選擇應(yīng)是質(zhì)量較大 從而使重力遠(yuǎn)大于下落過程中所受的阻力 實(shí)現(xiàn)減小實(shí)驗(yàn)誤差的目的 5 選用紙帶時盡量挑選第1 2點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶 6 測量下落高度時 都必須從起始點(diǎn)算起 只進(jìn)行一次零刻度對齊 讀出各點(diǎn)高度 減小測量的相對誤差 選取的各個計數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)較遠(yuǎn) 但紙帶也不宜過長 有效長度可在60 80cm內(nèi) 質(zhì)量 典例剖析 例1 關(guān)于 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn) 下面列出一 些實(shí)驗(yàn)步驟 A 用天平稱出重物和夾子的質(zhì)量B 將重物系在夾子上 C 將紙帶穿過打點(diǎn)計時器 上端用手提著 下端夾在系有重物的夾子上 再把紙帶向上拉 讓夾子靜止在靠近打點(diǎn)計時器處 D 把打點(diǎn)計時器接在學(xué)生電源的交流輸出端 把輸出電壓 調(diào)至6V 電源暫不接通 E 把打點(diǎn)計時器用鐵夾固定到放在桌邊的鐵架臺上 使兩 個限位孔在同一豎直線上 F 在紙帶上選取幾個點(diǎn) 進(jìn)行測量并記錄數(shù)據(jù)G 用秒表測出重物下落的時間 H 接通電源 待打點(diǎn)計時器工作穩(wěn)定后釋放紙帶I 切斷電源 J 更換紙帶 重新進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)K 在三條紙帶中選出較好的一條 L 進(jìn)行計算 得出結(jié)論 完成實(shí)驗(yàn)報告M 拆下導(dǎo)線 整理器材 對于以上的實(shí)驗(yàn)步驟 不必要的有 則正確步驟的合理順 序是 填寫代表字母 思維點(diǎn)撥 熟悉實(shí)驗(yàn)的操作步驟及每一步操作的作用 可知 質(zhì)量m可以約去 故可不用測量質(zhì)量 打點(diǎn)計時器本來就是計時儀器 故不用秒表計時 答案 AGEDBCHIJKFLM 備考策略 高考中也經(jīng)常出現(xiàn)對該實(shí)驗(yàn)的基本原理和步驟的考查 熟悉本實(shí)驗(yàn)的原理和操作步驟是解題的關(guān)鍵 這里要注意的是 實(shí)驗(yàn)中不能將物體下落的加速度當(dāng)做本地重力加速度 考點(diǎn)練透 1 2016年湖北龍泉中學(xué) 宜昌一中聯(lián)考 如圖S6 4所示為驗(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 打點(diǎn)計時器 紙帶 帶鐵夾的重錘 天平 回答下列問題 圖S6 4 1 為完成此實(shí)驗(yàn) 除了所給的器材 還需要的器材是 A 螺旋測微器B 秒表 C 多用電表D 交流電源 2 利用這個裝置也可以測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)的五個點(diǎn)A B C D E 測出各點(diǎn)之間的距離如圖S6 5所示 使用交流電的頻率為f 則計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S6 5 答案 1 D 2 2015年廣西南寧模擬 用如圖S6 6甲所示的裝置 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 甲 乙 圖S6 6 1 下列物理量需要測量的是 通過計算得到的是 兩空均填寫代號 A 重錘質(zhì)量 B 重力加速度 C 重錘下落的高度 D 與下落高度對應(yīng)的重錘的瞬時速度 2 設(shè)重錘質(zhì)量為m 打點(diǎn)計時器的打點(diǎn)周期為T 重力加速度為g 圖乙是實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶 A B C D E為相鄰的連續(xù)點(diǎn) 根據(jù)測得的s1 s2 s3 s4寫出重錘由B點(diǎn)到D點(diǎn)勢能減少量的表達(dá)式 動能增加量的表達(dá)式 解析 1 實(shí)驗(yàn)中需要直接測量的是重錘下落的高度 通過計算得到的是與下落高度相對應(yīng)的重錘的瞬時速度 2 重錘重力勢能的減少量為mg s3 s1 紙帶數(shù)據(jù)的處理和誤差分析 考點(diǎn)2 重點(diǎn)歸納 5 因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力 如空氣阻力 打點(diǎn)計時器摩擦力 做功 故動能的增加量 Ek稍小于重力勢能的減少量 Ep 即 Ek Ep 從而產(chǎn)生誤差 改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝 盡可能地減小阻力 典例剖析 例2 2016年重慶第一中學(xué)月考 1 關(guān)于 驗(yàn)證機(jī)械能守 恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 以下說法中正確的是 A 實(shí)驗(yàn)時需要稱出重物的質(zhì)量 B 實(shí)驗(yàn)中摩擦是不可避免的 因此紙帶越短越好 因?yàn)榧?帶越短 克服摩擦做的功就少 誤差就小 C 紙帶上打下的第1 2點(diǎn)間距超過2mm 則無論怎樣處 理數(shù)據(jù) 實(shí)驗(yàn)誤差都會很大 D 實(shí)驗(yàn)處理數(shù)據(jù)時 可直接利用打下的實(shí)際點(diǎn)跡 而不必 采用 計數(shù)點(diǎn) 的方法 2 若正確地操作完成實(shí)驗(yàn) 正確地選出紙帶進(jìn)行測量 量得連續(xù)三點(diǎn)A B C到第一個點(diǎn)O的距離如圖S6 7所示 相鄰計數(shù)點(diǎn)時間間隔為0 02s 當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹禐? 8m s2 那么 計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字 圖S6 7 紙帶的 填 左 或 右 端與重物相連 打下計數(shù)點(diǎn)B時 重物的速度 m s 在從起點(diǎn)O到打下計數(shù)點(diǎn)B的過程中 測得重物重力勢能的減少量略大于動能的增加量 這是因?yàn)?解析 1 實(shí)驗(yàn)時動能的增加量與重力勢能的減小量 均含有質(zhì)量 因此不需稱出重物的質(zhì)量 故A錯誤 實(shí)驗(yàn)中摩擦是不可避免的 因此紙帶短點(diǎn)好 因?yàn)榧垘г蕉?克服摩擦力做的功就越少 但要通過測量長度來求出變化的高度與瞬時速度 因此太短導(dǎo)致誤差就越大 故B錯誤 若紙帶上第1 2兩點(diǎn) 紙帶時 可以直接利用打點(diǎn)計時器打出的實(shí)際點(diǎn)跡 而不必采用 計數(shù)點(diǎn) 的方法 若采用計數(shù)點(diǎn) 是使測量長度變長 從而減小測量長度的誤差 故D正確 故選D 2 重物在開始下落時速度較慢 在紙帶上打的點(diǎn)較密 越往后 物體下落得越快 紙帶上的點(diǎn)越稀 所以紙帶上靠近重物的一端的點(diǎn)較密 因此紙帶的左端與重物相連 根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中間時刻的速度等于該過程的平均速度有 Ep Ek說明有部分重力勢能轉(zhuǎn)變成了其他形式的能 是因?yàn)橄侣溥^程中存在摩擦阻力和空氣阻力的影響 答案 1 D 2 左 0 98 下落過程中存在摩擦阻 力和空氣阻力的影響 考點(diǎn)練透 3 2015年廣東韶關(guān)十校聯(lián)考 在用打點(diǎn)計時器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中 使質(zhì)量為m 1 00kg的重物自由下落 打點(diǎn)計時器在紙帶上打出一系列的點(diǎn) 選取一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶如圖S6 8所示 O為第一個點(diǎn) A B C為從合適位置開始選取連續(xù)點(diǎn)中的三個點(diǎn) 已知打點(diǎn)計時器每隔0 02s打一個點(diǎn) 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間 9 80m s2 那么 圖S6 8 在該實(shí)驗(yàn)中 下列各項(xiàng)描述正確的是 多選題 A 必須選用第1 2兩點(diǎn)相距約2mm的紙帶 才能完成該 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) B 需要測量的數(shù)據(jù)是紙帶上起點(diǎn)O到各個計數(shù)點(diǎn)的高度C 必須要測量重錘的質(zhì)量D 必須測量重錘下落的時間 E 需要把打點(diǎn)計時器兩限位孔盡量調(diào)到同一豎直線上F 利用紙帶測算出O點(diǎn)到各計數(shù)點(diǎn)重力勢能的減少 總是 略大于測算出的動能的增加 根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù) 應(yīng)取圖中O點(diǎn)到 點(diǎn)來 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 從O點(diǎn)到 問中所取的點(diǎn) 重物重力勢能的減少量 Ep J 動能增加量 Ek J 結(jié)果取三位有效數(shù)字 若測出紙帶上所有各點(diǎn)到O點(diǎn)之間的距離 根據(jù)紙帶算 軸畫出的圖象是下圖中的 D A答案 BEF B B 1 881 84 C A 4 2015年山東鄒城聯(lián)考 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn) 裝置如圖S6 9所示采用重物自由下落的方法 圖S6 9 1 已知打點(diǎn)計時器所用電源的頻率為50Hz 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 9 80m s2 所用重物的質(zhì)量為200g 實(shí)驗(yàn)中選取一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶如圖S6 10所示 O為紙帶下落的起始點(diǎn) A B C為紙帶上選取的三個連續(xù)點(diǎn) 學(xué) 根據(jù)以上數(shù)據(jù) 可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)時動能的增加量等于 J 重力勢能減少量等于 J 計算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字 圖S6 10 2 實(shí)驗(yàn)中 發(fā)現(xiàn)重物減少的勢能總是大于重物增加的動能 造成這種現(xiàn)象的主要原因是 答案 1 乙 0 369 0 376 2 克服空氣對重物和打點(diǎn)計 時器對紙帶的阻力做功