驗證機械能守恒定律全面版

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)實驗六驗證機械能守恒定律考綱解讀1.掌握驗證機械能守恒定律的方法.2.會用計算法或圖象法處理實驗數(shù)據(jù)基本實驗要求1實驗目的驗證機械能守恒定律2實驗原理通過實驗，求出做自由落體運動物體的重力勢能的減少量和相應過程動能的增加量，若二者相等，說明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律3實驗器材打點計時器、電源、紙帶、復寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(帶鐵夾)、導線兩根4實驗步驟(1)安裝器材：將打點計時器固定在鐵架臺上，用導線將打點計時器與低壓電源相連(2)打紙帶用手豎直提起紙帶，使

2、重物?？吭诖螯c計時器下方附近，先接通電源，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(35條)紙帶(3)選紙帶：分兩種情況說明若選第1點O到下落到某一點的過程，即用mgheq f(1,2)mv2來驗證，應選點跡清晰，且1、2兩點間距離小于或接近2mm的紙帶用eq f(1,2)mveq oal(2,B)eq f(1,2)mveq oal(2,A)mgh驗證時，由于重力勢能的相對性，處理紙帶時選擇適當?shù)狞c為基準點，這樣紙帶上打出的第1、2兩點間的距離是否小于或接近2mm就無關(guān)緊要了5實驗結(jié)論在誤差允許的范圍內(nèi)，自由落體運動過程機械能守恒規(guī)律方法總

3、結(jié)1誤差分析(1)測量誤差：減小測量誤差的方法，一是測下落距離時都從0點量起，一次將各打點對應下落高度測量完，二是多測幾次取平均值(2)系統(tǒng)誤差：由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，故動能的增加量Ekeq f(1,2)mveq oal(2,n)必定稍小于重力勢能的減少量Epmghn，改進辦法是調(diào)整安裝的器材，盡可能地減小阻力2注意事項(1)打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)，以減少摩擦阻力(2)重物應選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料(3)應先接通電源，讓打點計時器正常工作，后松開紙帶讓重物下落(4)測長度，算速度：某時刻的瞬時速度的計算應用vneq

4、f(dn1dn1,2T)，不能用vneq r(2gdn)或vngt來計算3驗證方案方案一：利用起始點和第n點計算代入mghn和eq f(1,2)mveq oal(2,n)，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，mghn和eq f(1,2)mveq oal(2,n)相等，則驗證了機械能守恒定律方案二：任取兩點計算(1)任取兩點A、B，測出hAB，算出mghAB.(2)算出eq f(1,2)mveq oal(2,B)eq f(1,2)mveq oal(2,A)的值(3)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若mghABeq f(1,2)mveq oal(2,B)eq f(1,2)mveq oal(2,A)，則驗證了機械能

5、守恒定律方案三：圖象法從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以eq f(1,2)v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出eq f(1,2)v2h圖線若在誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律考點一實驗原理與實驗操作例1利用圖1實驗裝置探究重物下落過程中動能與重力勢能的轉(zhuǎn)化問題圖1(1)實驗操作步驟如下，請將步驟B補充完整：A按實驗要求安裝好實驗裝置；B使重物靠近打點計時器，接著先_，后_，打點計時器在紙帶上打下一系列的點；C圖2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個點分別測出若干連續(xù)點A、B、C與

6、O點之間的距離h1、h2、h3.圖2(2)已知打點計時器的打點周期為T，重物質(zhì)量為m，重力加速度為g，結(jié)合實驗中所測得的h1、h2、h3，可得重物下落到B點時的速度大小為_，紙帶從O點下落到B點的過程中，重物增加的動能為_，減少的重力勢能為_(3)取打下O點時重物的重力勢能為零，計算出該重物下落不同高度h時所對應的動能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)數(shù)據(jù)在圖3中已繪出圖線和圖線.已求得圖線斜率的絕對值k12.94J/m，請計算圖線的斜率k2_J/m(保留三位有效數(shù)字)重物和紙帶下落過程中所受平均阻力與重物所受重力的比值為_(用k1和k2表示)圖3(4)通過對

7、k1和k2的比較分析，可得到的結(jié)論是(只要求寫出一條)：_.解析(3)對圖線：Epmgh，即k1mg，對圖線：Ek(mgFf)h，即k2mgFf，所以Ffk1k2，eq f(Ff,mg)eq f(k1k2,mg)eq f(k1k2,k1).答案(1)接通電源放開紙帶(2)eq f(h3h1,2T)eq f(m(h3h1)2,8T2)mgh2(3)2.80(2.732.87均可)eq f(k1k2,k1)(4)k2小于k1，動能的增加量小于重力勢能的減少量(其他結(jié)論合理的也可)變式題組1實驗操作如圖4所示，在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中，電源的頻率為50Hz，依次打出的點為0、1、

8、2、3、4、n.則：圖4(1)如用第2點到第6點之間的紙帶來驗證，必須直接測量的物理量為_、_、_，必須計算出的物理量為_、_，驗證的表達式為_(2)下列實驗步驟操作合理的排列順序是_(填寫步驟前面的字母)A將打點計時器豎直安裝在鐵架臺上B接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落C取下紙帶，更換新紙帶(或?qū)⒓垘Х瓊€面)重新做實驗D將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點計時器，用手提著紙帶E選擇一條紙帶，用刻度尺測出重物下落的高度h1、h2、h3、hn，計算出對應的瞬時速度v1、v2、v3、vnF分別算出eq f(1,2)mveq oal(2,n)和mghn，在實驗誤差范圍內(nèi)看是否相等答案(1)第2

9、點到第6點之間的距離h26第1點到第3點之間的距離h13第5點到第7點之間的距離h57第2點的瞬時速度v2第6點的瞬時速度v6mgh26eq f(1,2)mveq oal(2,6)eq f(1,2)mveq oal(2,2)(2)ADBCEF解析(1)要驗證從第2點到第6點之間的紙帶對應重物的運動過程中機械能守恒，應測出第2點到第6點的距離h26，必須測出第1點到第3點之間的距離h13和第5點到第7點之間的距離h57，必須計算出第2點和第6點的瞬時速度v2和v6，機械能守恒的表達式為mgh26eq f(1,2)mveq oal(2,6)eq f(1,2)mveq oal(2,2)(2)實驗操作

10、順序為ADBCEF.2實驗原理與操作“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置可以采用圖5所示的甲或乙方案來進行圖5(1)比較這兩種方案，_(填“甲”或“乙”)方案好些(2)該同學開始實驗時情形如圖丙所示，接通電源釋放紙帶請指出該同學在實驗操作中存在的兩處明顯錯誤或不當?shù)牡胤剑篲；_.(3)該實驗中得到一條紙帶，且測得每兩個計數(shù)點間的距離如圖丁所示已知相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔T0.1s則物體運動的加速度a_；該紙帶是采用_(填“甲”或“乙”)實驗方案得到的。答案(1)甲(2)打點計時器接了直流電源重物離打點計時器太遠(3)4.8m/s2乙解析由xaT2，利用逐差法得到物體運動的加速度a4.8m/s2

11、.若用自由落體實驗測得物體運動的加速度a應該接近10 m/s2，所以該紙帶是采用乙實驗方案得到的考點二實驗數(shù)據(jù)的處理例2用如圖6所示的實驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律如圖7給出的是實驗中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點(圖中未標出)，所用電源的頻率為50Hz，計數(shù)點間的距離如圖所示已知m150g、m2150g，則：(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)圖6圖7(1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v5_m/s；(2)在打下第0點到打下第5點的過程中系統(tǒng)動能的增量Ek_

12、J，系統(tǒng)勢能的減少量Ep_J；(取當?shù)氐闹亓铀俣萭10m/s2)(3)若某同學作出eq f(1,2)v2h圖象如圖8所示，則當?shù)氐闹亓铀俣萭_m/s2.圖8解析(1)v5eq f(21.6026.40)102,0.12)m/s2.4 m/s(2)Ekeq f(1,2)(m1m2)veq oal(2,5)00.58JEpm2gh5m1gh50.60J(3)由(m2m1)gheq f(1,2)(m1m2)v2知eq f(v2,2)eq f(m2m1)gh,m1m2)即圖線的斜率keq f(m2m1)g,m1m2)eq f(5.82,1.20)解得g9.7m/s2答案(1)2.4(2)0.580

13、.60(3)9.7變式題組3實驗數(shù)據(jù)處理(2013海南單科11)某同學用圖9(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，當?shù)刂亓铀俣却笮間9.80m/s2.實驗中該同學得到的一條點跡清晰的完整紙帶如圖(b)所示，紙帶上的第一個點記為O，另選連續(xù)的三個點A、B、C進行測量，圖中給出了這三個點到O點的距離hA、hB和hC的值回答下列問題：(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(a)(b)圖9(1)打點計時器打B點時，重物速度的大小vB_m/s；(2)通過分析該同學測量的實驗數(shù)據(jù)，他的實驗結(jié)果是否驗證了機械能守恒定律？簡要說明分析的依據(jù)答案(1)3.90(2)見解析解析

14、(1)vBeq f(xto(AC),2T)eq f(hChA)f,2)eq f(86.5970.99)50,2)102m/s3.90 m/s.(2)eq f(1,2)veq oal(2,B)7.61m2/s2，ghB7.70 m2/s2因為eq f(1,2)mveq oal(2,B)mghB，近似驗證了機械能守恒定律4實驗數(shù)據(jù)處理為了驗證機械能守恒定律，某同學設計了如圖10所示的實驗裝置，并提供了如下的實驗器材：A小車B鉤碼C一端帶定滑輪的木板D細線E電火花計時器F紙帶G毫米刻度尺H低壓交流電源I220V的交流電源圖10(1)根據(jù)上述實驗裝置和提供的實驗器材，你認為實驗中不需要的器材是_(填寫

15、器材序號)，還應補充的器材是_(2)實驗中得到了一條紙帶如圖11所示，選擇點跡清晰且便于測量的連續(xù)7個點(標號06)，測出0到1、2、3、4、5、6點的距離分別為d1、d2、d3、d4、d5、d6，打點周期為T.則打點2時小車的速度v2_；若測得小車質(zhì)量為M、鉤碼質(zhì)量為m，打點1和點5時小車的速度分別用v1、v5表示，已知重力加速度為g，則驗證點1與點5間系統(tǒng)的機械能守恒的關(guān)系式可表示為_圖11(3)在實驗數(shù)據(jù)處理時，如果以eq f(v2,2)為縱軸，以d為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出eq f(v2,2)d圖象，其圖線的斜率表示的物理量的表達式為_答案(1)H天平(2)eq f(d3d1,2T)或e

16、q f(d4,4T)mg(d5d1)eq f(1,2)(Mm)(veq oal(2,5)veq oal(2,1)(3)eq f(m,Mm)g解析(1)電火花計時器使用的是220V交流電源，因此低壓交流電源用不著，另外還需要用到天平測出小車的質(zhì)量M；(2)打點2時的速度等于13點間的平均速度，即v2eq f(d3d1,2T)，也等于04點間的平均速度，即v2eq f(d4,4T).根據(jù)機械能守恒，整個系統(tǒng)減小的重力勢能等于整個系統(tǒng)增加的動能，即mg(d5d1)eq f(1,2)(Mm)(veq oal(2,5)veq oal(2,1)；(3)根據(jù)v22ad，因此eq f(v2,2)d的斜率就是加

17、速度，對鉤碼進行受力分析可知：mgFTma，對小車受力分析知FTMa，因此可得aeq f(m,Mm)g.考點三實驗拓展與創(chuàng)新本實驗也可選用其他實驗器材進行實驗，只要能達到驗證機械能守恒的目的即可，如可利用氣墊導軌和滑塊進行實驗，需驗證的表達式為mgheq f(1,2)(Mm)(eq f(d,t2)2eq f(1,2)(Mm)(eq f(d,t1)2，也可利用擺球進行實驗，需驗證的表達式為mgheq f(1,2)mv2.例3某研究性學習小組利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖12甲所示在氣墊導軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器A、B，滑塊P上固定一遮光條，若光線被遮光條遮擋，光電傳

18、感器會輸出高電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計算機相連滑塊在細線的牽引下向左加速運動，遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時，通過計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖象圖12(1)實驗前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導軌上，輕推滑塊，當圖乙中的t1_t2(選填“”、“”或“”)時，說明氣墊已經(jīng)水平用螺旋測微器測量遮光條寬度d，測量結(jié)果如圖丙所示，則d_mm.(2)將滑塊P用細線跨過氣墊導軌左端的定滑輪與質(zhì)量為m的鉤碼Q相連，將滑塊P由圖甲所示位置釋放若t1、t2和d已知，要驗證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能是否守恒，還應測出_和_(寫出物理量的名稱及符號)(3)若上述物理量間滿足關(guān)系式_，

19、則表明在上述過程中，滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒答案(1)(2)8.476(在8.4758.477之間均算對)(3)滑塊的質(zhì)量M兩光電門之間的距離L(4)mgLeq f(1,2)(Mm)(eq f(d,t2)2eq f(1,2)(Mm)(eq f(d,t1)25實驗創(chuàng)新利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律如圖13所示，所標數(shù)據(jù)為實際距離，t0時刻剛好對應拋出點該小組同學通過計算得到小球不同時刻的速度和速度的平方值如下表當他們要計算重力勢能的改變量時，發(fā)現(xiàn)不知道當?shù)刂亓铀俣?，請你根?jù)實驗數(shù)據(jù)，按照下列要求計算出重力加速度.時刻t1t2t3t4t5速度v/(ms1)4.524.043.

20、563.082.60v2/(m2s2)20.4316.3212.679.496.76(1)在所給的坐標紙上作出v2h圖象；圖13(2)分析說明，圖象斜率的絕對值表示的物理意義是：_；(3)由圖象求得的重力加速度是_m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案(1)見解析圖(2)重力加速度的二倍(3)9.62(9.419.85均可)解析(1)描點作圖，如圖所示(2)取向上為正，因為v2veq oal(2,0)2gh，即v2veq oal(2,0)2gh，因此圖線斜率的絕對值為2g.(3)在圖線上取兩個相距較遠的點求圖線斜率的絕對值|k|2g，則geq f(|k|,2)9.62m/s2.6實驗拓展某探究小

21、組想利用驗證機械能守恒定律的裝置測量當?shù)氐闹亓铀俣?，如圖14甲所示框架上裝有可上下移動位置的光電門1和固定不動的光電門2；框架豎直部分緊貼一刻度尺，零刻度線在上端，可以測量出兩個光電門到零刻度線的距離x1和x2；框架水平部分用電磁鐵吸住一個質(zhì)量為m的小鐵塊，小鐵塊的重心所在高度恰好與刻度尺零刻度線對齊切斷電磁鐵線圈中的電流時，小鐵塊由靜止釋放，當小鐵塊先后經(jīng)過兩個光電門時，與光電門連接的傳感器即可測算出其速度大小v1和v2.小組成員多次改變光電門1的位置，得到多組x1和v1的數(shù)據(jù)，建立如圖乙所示的坐標系并描點連線，得出圖線的斜率為k.圖14(1)當?shù)氐闹亓铀俣葹開(用k表示)(2)若選擇光

22、電門2所在高度為零勢能面，則小鐵塊經(jīng)過光電門1時的機械能表達式為_(用題中物理量的字母表示)(3)關(guān)于光電門1的位置，下面哪個做法可以減小重力加速度的測量誤差()A盡量靠近刻度尺零刻度線B盡量靠近光電門2C既不能太靠近刻度尺零刻度線，也不能太靠近光電門2答案(1)eq f(1,2)k(2)eq f(1,2)mveq oal(2,1)eq f(1,2)mk(x2x1)(3)C解析(1)以零刻度線為零勢能面，小鐵塊從光電門1運動到光電門2的過程中機械能守恒，根據(jù)機械能守恒定律得：eq f(1,2)mveq oal(2,1)mgx1eq f(1,2)mveq oal(2,2)mgx2整理得veq oal(2,2)veq oal(2,1)2g(x2x1)所以圖線的斜率k2g解得：geq f(1,2)k.(2)小鐵塊經(jīng)過光電門1時的機械能等