高中物理之驗證機械能守恒定律實驗(共7頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 高中物理之驗證機械能守恒定律實驗【知識建構(gòu)】機械能功功做功的兩個必要因素恒力做功：變力做功功率平均功率：或瞬時功率：機車的兩種啟動方式以恒定的功率啟動以恒定的加速度啟動機械能動能：重力勢能：彈性勢能：機械能：基本規(guī)律功能關系：動能定理：機械能守恒定律：能量轉(zhuǎn)化和守恒定律【考情分析】 考試大綱 大綱解讀 實驗六驗證機械能守恒定律 對本實驗紙帶數(shù)據(jù)的處理技巧，是未來高考考查的重點，另外，實驗方法的遷移創(chuàng)新應是未來高考考查的主流方向【考點知識梳理】1實驗目的：學會用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗方法和技巧 2實驗原理：在只有_的自由落體運動中，物體的_可以相互轉(zhuǎn)化 但

2、總的機械能守恒，若物體某時刻瞬間速度為v，下落高度為h，恒有mgh=mv2/2故只需借助打點計時器，測出重物某時刻的_和該時刻的_即可驗證機械能是否守恒 3實驗器材：鐵架臺(帶鐵夾)、打點計時器、重錘(帶紙帶夾子)、紙帶、復寫紙片、_、導線、低壓交流電源4.實驗過程：（見復習指導） 【考點知識解讀】一、實驗過程(1) 按圖4-6-1所示把打點計時器安裝在鐵架臺上，連好電源 圖461(2) 把紙帶的一端在重錘上用夾子固定好，另一端穿過打點計時器限位孔; 用手豎直提起紙帶，使重錘?？吭诖螯c計時器附近(3) 接通電源，先打開打點計時器的開關，后松手讓重錘帶著紙帶自由下落(4) 重復幾次，得到35條打

3、好點的紙帶 二、注意事項(1) 安裝打點計時器時，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減小摩 擦阻力(2) 實驗時，必須保持提起的紙帶豎直，手不動，待接通電源：讓打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶，以保證第一點是一個清晰的點(3) 測量高度h時，應從起始點算起，為減小h的相對誤差，選取的計數(shù)點要離起始點遠些，紙帶不宜過長，有效長度可6080 cm(4) 因為是通過比較mv2/2和mgh是否相等驗證機械能是否守恒，故不需要測量重錘的質(zhì)量三、數(shù)據(jù)處理在已經(jīng)打好的紙帶中挑選點跡清晰的一條紙帶，在起始點標上O，以后各點依次標上1, 2, 3, 用刻度尺測出對應下落高度、 ，計算各點對應的瞬時速度、，計算瞬

4、時速度時應注意，可以測出第n點的相鄰前后兩段相等時間T內(nèi)下落的距離和, 由公式計算出，或由公式計算出第n點的瞬時速度，然后計算各點對應的勢能減少量 mghn和動能增量mvn2/2 進行比較 計算時不需要測量出重錘質(zhì)量m這個實驗也可以用紙帶上任意兩點，第N點和第N+M點的機械能總量是否相等來驗證機械能守恒定律，仍先計算出各點對應的下落高度h1、h2、hhNhN+M方法同上，再計算出各點對應的瞬時速度，v1、v2、v3vNvN+M方法同上，然后計算打N點時機械能總量EN=mvn2/2+mghn和N+M點機械能總量EN+M=mvN+M2/2+mghN+M，如果機械能守恒，則應有EN=EN+M即mvn

5、2/2+mghn=mvN+M2/2+mghN+M 只要證明出m(vN+M2-vN2)/2=mg(hn-hN+M)即可四、誤差分析本實驗把重錘帶動紙帶的下落作為自由落體運動處理，實際上由于存在摩擦阻力一定會使結(jié)果出現(xiàn)偏差 因為實際計算出來的速度vn應小于無其他阻力時對應于該點的速度，也就是說最終結(jié)果應當出現(xiàn)動能增量mvn2 /2 略小于重力勢能減小量mghn在計算任意一點的瞬時速度vn時，采用的方法是或的方法，而沒有用vn=n·gt的方法計算，也是出此考慮，如果用vn=n·gt計算第n點速度，實際上是用理論的g值代替了實際上的加速度a, 且ag，則vn結(jié)果將會偏大，再者做這個

6、實驗時是先接通電源，再放手，可能造成紙帶上記錄的最初兩點之間的時間間隔小于002 s 用vn=n·gt計算時仍按002 s計算，也會使vn值偏大，無論怎樣，使用vn=n·gt計算瞬時速度都將使動能增量的計算值偏大【例題1】例1有位同學用落體法做驗證機械能守恒定律的實驗，他挑選一條第1、2兩點之間的距離最接近2 mm的紙帶進行處理設第一個點為A，第n個點為B，測量出AB之間的距離為h，因為從開始下落到B點經(jīng)過打點計時器的時間是（n-1）×002 s，所以根據(jù)自由落體運動的規(guī)律vB=gt=002g(n-1) m/s,如果有mgh=mvB2,gh=vB2，即可認為驗證了

7、機械能守恒定律：這位同學的驗證思路對嗎？為什么？解析：這位同學用vB=gt來計算B點通過打點計時器時重物的速度是不妥當?shù)囊驗閺倪@個速度公式可以直接推導出機械能守恒的結(jié)論，設重物在t時間內(nèi)的平均速度是 =,vB=gt=g=g,vB2=gt,即mvB2=mgh，在驗證某一個物理定律的實驗中，用到一個可直接推導出該物理規(guī)律（即和該物理定律等價）的公式在邏輯上是不適合的答案：不對【例題2】在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，查得當?shù)氐闹亓铀俣萭=980m·s-2，測得所用的重物的質(zhì)量為100kg實驗中得到一條點跡清晰的紙帶，把第一個點記作O，另選連續(xù)的

8、4個點A、B、C、D作為測量的點如圖4-5-2所示，經(jīng)測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別為6299cm、7018cm、7776cm、8573cm，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點運動到C點，重力勢能的減少量等于 J，動能的增加量等于 J（取3位有效數(shù)字）圖462解析：本題主要考查考生是否理解“驗證機械能守恒定律”實驗的原理及其數(shù)據(jù)處理的方法根據(jù)機械能守恒定律，在自由落體運動中，如果忽略各種阻力，則物體重力勢能的減少量應等于其動能的增加量，用公式表示為mv2=mgh,v為下落距離為h時的速度本實驗的目的就是要驗證在自由落體運動中，這個關系mv2=mgh確定成立重物由O點運動到C點時，下落距離

9、為7776cm，就得到物體減少的重力勢能為mgh，代入數(shù)據(jù)得100×980×07776=762JvC=，代入數(shù)據(jù)得vC=3. 8則動能的增加量為mv2=756J可見在實驗的準確度范圍內(nèi)，關系式mv2=mgh成立答案： 762J 756J【變式訓練】 在“驗證機械能守恒”的實驗中，若不知道打點周期，只知道打點周期恒定，你能否利用打出的點跡清晰的任一紙帶進行驗證？如何驗證？【考能訓練】 A 基礎達標圖4631用如圖4-6-3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生電源，輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種，重錘從高處由靜止開始落下，重錘拖著的紙帶通過打點計時器打出一系

10、列的點，對紙帶上的點的痕跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律（1）下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：A按照圖示的裝置安裝器件；B將打點計時器接到電源的直流輸出端上；C用天平測量出重錘的質(zhì)量；D釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關打出一條紙帶；E測量打出的紙帶上某些點之間的距離；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增加的動能指出其中沒有必要進行的步驟是_；操作不恰當?shù)牟襟E是_圖464（2）利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值如圖4-6-4所示，根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上打出的連續(xù)五個點A、B、C、D、E，測出A點距起始點O的距離為s0，點A、C間的距離為s1，點C、E間

11、的距離為s2，使用交流電的頻率為f，則根據(jù)這些條件計算重錘下落的加速度a的表達式：a= _ 3）在驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢能總是大于重錘動能的增加，其原因主要是因為在重錘下落過程中存在著阻力的作用，可以通過該實驗裝置測定該阻力的大小若已知當?shù)刂亓铀俣裙J的較準確的值為g，還需要測量的物理量是_試用這些物理量和紙帶上的測量數(shù)據(jù)表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小為F=_ 2在利用自由落體來驗證機械能守恒定律的實驗中，所用的打點計時器的交流電源的頻率為50Hz，每4個點之間的時間間隔為一個計時單位，計為T，每一次測量中，（用直尺）依次測量并記錄下第4點，第7點，第1

12、0點，第13點及模糊不清的第1點的位置用這些數(shù)據(jù)算出各點到模糊的第1點的距離分別為d1=180cm，d2=710cm，d3=1580cm，d4=2810cm，要求由上述數(shù)據(jù)求出落體通過第7點，第10點相應位置時的即時速度v1，v2（第1點并非就是起始點）v1，v2的計算公式分別是：v1= v2= ；數(shù)值大小分別是： v1= v2= 3在用落體法驗證機械能守恒定律時，某同學按照正確的操作選得紙帶如圖4-6-5其中O是起始點，A、B、C是打點計時器連續(xù)打下的3個點該同學用毫米刻度尺測量O到A、B、C各點的距離,并記錄在圖中(單位cm) 這三個數(shù)據(jù)中不符合有效數(shù)字讀數(shù)要求的是_ ,應記作_cm該同學

13、用重錘在OB段的運動來驗證機械能守恒，已知當?shù)氐闹亓铀俣萭=980m/s2，他用AC段的平均速度作為跟B點對應的物體的瞬時速度，則該段重錘重力勢能的減少量為_，而動能的增加量為_，(數(shù)字部分均保留3位有效數(shù)字，重錘質(zhì)量用m表示)這樣驗證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢能的減少量_（填大于、等于或小于）動能的增加量，原因是_ 465 4某同學用質(zhì)量為400g的小車沿著長100cm，高60cm的斜面下滑來驗證機械能守恒定律，他從記錄小車運動的打點紙帶上選取了A、B、C、D四個計數(shù)點，已知每相鄰兩點間對應的時間間隔為01s，A與B、B與C、C與D之間的距離分別為10cm、15cm、20cm，則小車由紙帶上對

14、應打B點時運動到打C點時，小車動能增加了_J，重力勢能減小了 J，實際上此過程機械能并不守恒是由于 ，若想減小實驗誤差，可適當 斜面傾角（填“增大”、“減小”、“不變”）5如圖4-6-6所示，是用自由落體法驗證機械能守恒定律時得到的一條紙帶，我們選中N點來驗證機械能守恒定律，下面舉出一些計算N點速度的方法，其中正確的是（ ）圖466AN點是第n個點，則vn=gnTBN點是第n個點，則vn=g(n-1)TCvn=Dvn=6在實驗裝置圖467中，若斜槽軌道是光滑的，則可以利用一個小球驗證小球在斜槽上下滑過程中的機械能守恒這時需要測量的物理量有：小球釋放初位置到斜槽末端的高度差h1，小球從斜槽末端做

15、平拋運動的水平位移s、豎直高度h2，則所需驗證的關系式為：_圖467B 能力提升7. （2008全國1，22）.圖4-6-8如圖所示，兩個質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1m2，現(xiàn)要利用此裝置驗證機械能守恒定律。（1）若選定物塊A從靜止開始下落的過程進行測量，則需要測量的物理量有 。（在答題卡上對應區(qū)域填入選項前的編號）物塊的質(zhì)量m1、m2；物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間；物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間；繩子的長度.（2）為提高實驗結(jié)果的準確程度，某小組同學對此實驗提出以下建議：繩的質(zhì)量要輕：在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長越好；盡量保證物塊只沿豎直方向運動，不要搖晃；兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能小.以上建議中確實對提高準確程度有作用的是 。（在答題卡上對應區(qū)域填入選項前的編號）（3）寫出一條上面沒有提到的提高實驗結(jié)果準確程度有益的建議： 。 圖4-6-98.（2008江蘇11）.某同學利用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律?；⌒诬壍滥┒怂剑x地面的高度為H ，將鋼球從軌道的不同高度h處靜止釋放，鋼球的落點距軌道末端的水平距離為s.(1