高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 (2).ppt

實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 熱點(diǎn)定位 跟蹤訓(xùn)練 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 理解落實(shí)夯基礎(chǔ) 注意事項(xiàng)1 安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn) 使其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(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后 再松開紙帶讓重物下落 4 紙帶長(zhǎng)度應(yīng)選用60cm左右為宜 應(yīng)選用點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量 誤差分析 熱點(diǎn)定位 重點(diǎn)透析通熱點(diǎn) 熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理的理解與誤差分析 例1 2016 內(nèi)蒙古巴市一中期末 如圖 甲 所示 一位同學(xué)利用光電計(jì)時(shí)器等器材做 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn) 有一直徑為d 質(zhì)量為m的金屬小球在a處由靜止釋放 下落過(guò)程中能通過(guò)a處正下方 固定于b處的光電門 測(cè)得a b間的距離為h h d 光電計(jì)時(shí)器記錄下小球通過(guò)光電門的時(shí)間為t 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間 則 1 如圖 乙 所示 用游標(biāo)卡尺測(cè)得小球的直徑d mm 2 小球經(jīng)過(guò)光電門b時(shí)的速度表達(dá)式為v 3 多次改變高度h 重復(fù)上述實(shí)驗(yàn) 作出隨h的變化圖像如圖 丙 所示 當(dāng)圖中已知量t0 h0和重力加速度g及小球的直徑d滿足表達(dá)式時(shí) 可判斷小球下落過(guò)程中機(jī)械能守恒 4 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)動(dòng)能增加量 ek總是稍小于重力勢(shì)能減少量 ep 增大下落高度后 則 ep ek將 選填 增大 減小 或 不變 核心點(diǎn)撥 1 小球過(guò)光電門的速度用平均速度代替 2 根據(jù)機(jī)械能守恒和小球經(jīng)過(guò)光電門的速度寫出與h的關(guān)系式 解析 1 由圖可知 主尺刻度為7mm 游標(biāo)對(duì)齊的刻度為5 故讀數(shù)為7mm 5 0 05mm 7 25mm 2 已知經(jīng)過(guò)光電門的時(shí)間和小球的直徑 則可以由平均速度表示經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的速度 故v 4 由于該過(guò)程中有阻力做功 而高度越高 阻力做功越多 故增大下落高度后 則 ep ek將增大 方法技巧使用光電門傳感器測(cè)速度 減小了因摩擦造成的誤差 但會(huì)因擋光片寬度 或小物體 較大 平均速度代表瞬時(shí)速度存在較大誤差 因此 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使擋光片寬度合適 若直接讓小物體通過(guò)光電門時(shí) 應(yīng)選擇體積較小 質(zhì)量較大的物體 教師備用 在一次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證課上 某同學(xué)利用自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 該同學(xué)開始實(shí)驗(yàn)時(shí)的情形如圖所示 他將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接通低壓電源后釋放紙帶 1 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?解析 1 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器采用的是交流電源 而本實(shí)驗(yàn)中采用了直流電源 同時(shí) 由于加速度較大 故紙帶應(yīng)在1米左右 且應(yīng)讓重物緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 而本實(shí)驗(yàn)中離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn) 故錯(cuò)誤為 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) 答案 1 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) 2 該同學(xué)在教師的指導(dǎo)下規(guī)范了實(shí)驗(yàn)操作 重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 得到了幾條 3 5條 打出一系列點(diǎn)的紙帶 在選點(diǎn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí) 有以下兩種方案 其中對(duì)選取紙帶的1 2兩點(diǎn)間距離要求小于或接近2mm的是方案 填 一 或 二 方案一 利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算 方案二 任取兩點(diǎn)計(jì)算 解析 2 根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)有h 10 0 02 2m 0 002m 2mm 選用點(diǎn)跡清晰且第1 2點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶 也就是利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算 所以是方案一 答案 2 一 3 該同學(xué)最終選擇了方案一 結(jié)合圖像法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 他從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn) 測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h 并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出v2 h圖像 其中圖線的斜率表示 答案 3 重力加速度g 熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 例2 如圖 甲 所示是用 落體法 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置 g取9 80m s2 1 選出一條紙帶如圖 乙 所示 其中o點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn) a b c為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以頻率為50hz的交變電流 用分度值為1mm的刻度尺測(cè)得oa 12 41cm ob 18 90cm oc 27 06cm 在計(jì)數(shù)點(diǎn)a和b b和c之間還各有一個(gè)點(diǎn) 重錘的質(zhì)量為1 00kg 甲同學(xué)根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出 當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到b點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了j 此時(shí)重錘的速度vb m s 此時(shí)重錘的動(dòng)能比開始下落時(shí)增加了j 結(jié)果均保留3位有效數(shù)字 核心點(diǎn)撥 1 選ob段分析 分別計(jì)算出該段重力勢(shì)能的減少量和動(dòng)能的增加量 答案 1 1 851 831 67 2 某同學(xué)利用他自己實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶 測(cè)量出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)的距離h 算出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度v 然后以h為橫軸 以v2為縱軸作出了如圖 丙 所示的圖線 圖線的斜率近似等于 a 19 6b 9 8c 4 90圖線未過(guò)原點(diǎn)o的原因是 答案 2 b先釋放了紙帶 再合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開關(guān) 方法技巧實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法在用不同實(shí)驗(yàn)裝置做 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一般有以下方法 1 利用物體運(yùn)動(dòng)的信息 確定某一過(guò)程中物體 或系統(tǒng) 增加的動(dòng)能與減少的勢(shì)能的數(shù)值關(guān)系驗(yàn)證 2 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出某兩物理量間的關(guān)系圖像 與假設(shè)機(jī)械能守恒時(shí)兩物理量間的關(guān)系圖像進(jìn)行對(duì)比加以驗(yàn)證 教師備用 利用如圖 甲 實(shí)驗(yàn)裝置探究重物下落過(guò)程中動(dòng)能與重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化問(wèn)題 1 實(shí)驗(yàn)操作步驟如下 請(qǐng)將步驟b補(bǔ)充完整 a 按實(shí)驗(yàn)要求安裝好實(shí)驗(yàn)裝置 b 使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 接著先 后 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn) 填 放開紙帶 或 接通電源 c 圖 乙 為一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶 o點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn) o點(diǎn)與第2點(diǎn)的距離約為2mm 分別測(cè)出若干連續(xù)點(diǎn)a b c 與o點(diǎn)之間的距離ha hb hc 解析 1 先接通電源 待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后 再放開紙帶 答案 1 接通電源放開紙帶 答案 2 乙 熱點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與改進(jìn) 新題體驗(yàn) 1 2016 福建福州質(zhì)檢 某同學(xué)利用如圖 甲 所示裝置探究平拋運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能是否守恒 在斜槽軌道的末端安裝一個(gè)光電門b 調(diào)節(jié)激光束與球心等高 斜槽末端水平 地面上依次鋪有白紙 復(fù)寫紙 讓小球從斜槽上固定位置a點(diǎn)無(wú)初速釋放 通過(guò)光電門后落在地面的復(fù)寫紙上 在白紙上留下打擊印 重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次 測(cè)得小球通過(guò)光電門的平均時(shí)間為2 50ms 當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭 9 8m s2 1 用游標(biāo)卡尺測(cè)得小球直徑如圖 乙 所示 則小球直徑為d mm 由此可知小球通過(guò)光電門的速度vb 2 實(shí)驗(yàn)測(cè)得軌道離地面的高度h 0 441m 小球的平均落點(diǎn)p到軌道末端正下方o點(diǎn)的距離x 0 591m 則由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律解得小球平拋的初速度v0 m s 3 在誤差允許范圍內(nèi) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果中小球通過(guò)光電門的速度vb與由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解的平拋初速度v0滿足關(guān)系 就可以認(rèn)為平拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能是守恒的 答案 1 5 00 2 1 97 3 vb v0 2 2016 江蘇啟東中學(xué)月考 如圖 甲 所示的裝置叫做阿特伍德機(jī) 是英國(guó)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(shí)驗(yàn)裝置 用來(lái)研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 某同學(xué)對(duì)該裝置加以改進(jìn)后用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 如圖 乙 所示 1 實(shí)驗(yàn)時(shí) 該同學(xué)進(jìn)行了如下步驟 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(cè)量出 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(yùn)動(dòng) 光電門記錄擋光片擋光的時(shí)間為 t 測(cè)出擋光片的寬度d 計(jì)算有關(guān)物理量 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 解析 1 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(cè)量出擋光片中心到光電門中心的豎直距離h 答案 1 擋光片中心 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 已知重力加速度為g 3 引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的原因有 寫一條即可 3 引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的原因有 繩子有質(zhì)量 滑輪與繩子有摩擦 重物運(yùn)動(dòng)受到阻力作用 3 繩子有質(zhì)量 滑輪與繩子有摩擦 重物運(yùn)動(dòng)受到阻力作用 回答一個(gè)即可 4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)束后 該同學(xué)突發(fā)奇想 如果系統(tǒng) 重物a b以及物塊c 的機(jī)械能守恒 不斷增大物塊c的質(zhì)量m 重物b的加速度a也將不斷增大 那么a與m之間有怎樣的定量關(guān)系 a隨m增大會(huì)趨于一個(gè)什么值 請(qǐng)你幫該同學(xué)解決 寫出a與m之間的關(guān)系式 還要用到m和g a的值會(huì)趨于 跟蹤訓(xùn)練 即時(shí)鞏固測(cè)效果 1 某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 頻閃儀每隔0 05s閃光一次 如圖所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離 該同學(xué)通過(guò)計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表 當(dāng)?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(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5 m s 答案 1 3 48 2 從t2到t5時(shí)間內(nèi) 重力勢(shì)能增量 ep j 動(dòng)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(yàn)證了機(jī)械能守恒定律 由上述計(jì)算得 ep ek 選填 或 造成這種結(jié)果的主要原因是 3 由計(jì)算可得 ep ek 主要是由于存在空氣阻力 答案 2 2 492 55 3 存在空氣阻力 2 某活動(dòng)小組利用如圖所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 鋼球自由下落過(guò)程中 先后通過(guò)光電門a b 計(jì)時(shí)裝置測(cè)出鋼球通過(guò)a b的時(shí)間分別為ta tb 用鋼球通過(guò)光電門的平均速度表示鋼球球心通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度 測(cè)出兩光電門間的距離為h 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間 1 用游標(biāo)卡尺測(cè)量鋼球的直徑為d 要驗(yàn)證機(jī)械能守恒 只要比較 答案 1 d 2 鋼球通過(guò)光電門的平均速度 選填 或 鋼球球心通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度 由此產(chǎn)生的誤差 選填 能 或 不能 通過(guò)增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)減小 解析 2 根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律得鋼球通過(guò)光電門的平均速度等于這個(gè)過(guò)程中中間時(shí)刻的速度 所以鋼球通過(guò)光電門的平均速度小于鋼球球心通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度 由此產(chǎn)生的誤差是系統(tǒng)誤差 不能通過(guò)增加實(shí)驗(yàn)的次數(shù)減小 答案 1 d 2 不能 3 用如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 重物p 含遮光片 q用跨過(guò)輕滑輪的細(xì)繩相連 現(xiàn)讓p從光電門1的上側(cè)由靜止釋放 p豎直向下運(yùn)動(dòng) 分別測(cè)出遮光片經(jīng)過(guò)光電門1和光電門2的時(shí)間 t1和 t2 另測(cè)得遮光片的寬度為d 兩光電門之間的距離為h 已知重力加速度為g 1 實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量有 填寫物理量名稱以及表示符號(hào) 2 寫出驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的等式為 用以上測(cè)得的物理量符號(hào)表示 3 本實(shí)驗(yàn)還可以測(cè)出重物q上升的加速度 其大小是 答案 1 重物p的質(zhì)量m1和重物q的質(zhì)量m2 4 2016 甘肅張掖模擬 如圖所示裝置可用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 擺錘a拴在長(zhǎng)l的輕繩一端 另一端固定在o點(diǎn) 在a上放一個(gè)小鐵片 現(xiàn)將擺錘拉起 使繩偏離豎直方向成 角時(shí)由靜止開始釋放擺錘 當(dāng)其到達(dá)最低位置時(shí) 受到豎直擋板p阻擋而停止運(yùn)動(dòng) 之后鐵片將飛離擺錘而做平拋運(yùn)動(dòng) 1 為了驗(yàn)證擺錘在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒 必須求出擺錘在最低點(diǎn)的速度 為了求出這一速度 實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)該測(cè)量的物理量 解析 1 鐵片在最低點(diǎn)飛出時(shí)做平拋運(yùn)動(dòng) 平拋的初速度即為鐵片在最低點(diǎn)的速度 根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知x vt y gt2 因此要想求出平拋的初速度 應(yīng)該測(cè)量鐵片遇到擋板后的水平位移x和下落高度h 答案 1 鐵片遇到擋板后鐵片的水平位移x和下落高度h 2 用測(cè)得的物理量表示擺錘在最低點(diǎn)的速度v 3 根據(jù)已知的和測(cè)得的物理量 寫出擺錘在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒的關(guān)系式為 5 2016 江蘇卷 11 某同學(xué)用如圖 甲 所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 一根細(xì)線系住鋼球 懸掛在鐵架臺(tái)上 鋼球靜止于a點(diǎn) 光電門固定在a的正下方 在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條 將鋼球拉至不同位置由靜止釋放 遮光條經(jīng)過(guò)光電門的擋光時(shí)間t可由計(jì)時(shí)器測(cè)出 取v 作為鋼球經(jīng)過(guò)a點(diǎn)時(shí)的速度 記錄鋼球每次下落的高度h和計(jì)時(shí)器示數(shù)t 計(jì)算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和a點(diǎn)之間的勢(shì)能變化大小 ep與動(dòng)能變化大小 ek 就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒 1 用 ep mgh計(jì)算鋼球重力勢(shì)能變化的大小 式中鋼球下落高度h應(yīng)測(cè)量釋放時(shí)的鋼球球心到之間的豎直距離 a 鋼球在a點(diǎn)時(shí)的頂端b 鋼球在a點(diǎn)時(shí)的球心c 鋼球在a點(diǎn)時(shí)的底端 解析 1 鋼球下落的高度為初末位置球心間的豎直距離 所以選b 答案 1 b 2 用 ek mv2計(jì)算鋼球動(dòng)能變化的大小 用刻度尺測(cè)量遮光條寬度 示數(shù)如圖 乙 所示 其讀數(shù)為cm 某次測(cè)量中 計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0 0100s 則鋼球的速度為v m s 解析 2 由圖知讀數(shù)為1 50cm 1 49 1 51都算對(duì) 鋼球的速度為v 代入數(shù)據(jù)解得v 1 50m s 1 49 1 51都算對(duì) 答案 2 1 50 1 49 1 51都算對(duì) 1 50 1 49 1 51都算對(duì) 3 下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 他發(fā)現(xiàn)表中的 ep與 ek之間