专题五实验六：验证机械能守恒定律.ppt
2实验原理：自由落体运动中物体机械能守恒，mgh mv2.,实验六：验证机械能守恒定律,1实验目的：验证机械能守恒定律,12,故只需借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻的下落高度,h 和该时刻的瞬时速度 v，即可验证机械能是否守恒,测定第 n 点的瞬时速度的方法：测出第 n 点相邻的前、后,两段相等时间 T 内下落的距离 sn 和 sn1，则 vn,图 S61,3实验器材：铁架台(带铁夹)、打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带若干、复写纸片、导线、直尺和学生电源,4实验步骤,图 S62,(1)按图 S62 把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打,点计时器与学生电源连接好,(2)把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近.(3)先接通电源，然后松手让重锤带着纸带自由下落(4)重复几次，得到 35 条打好点的纸带,(5)在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在起点标上 O，以后各点依次标上 1、2、3、4、用刻度尺测出对应的下落高度 h1、h2、h3、h4,行比较5注意事项(1)实验中打点计时器的安装两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减小摩擦阻力(2)实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常后才松手让重锤下落,(8)实验中，只要验证gh是否等于即可，不用测重锤的质量,(3)打点计时器必须接交流电源,(4)重锤应选质量较大的，从而使重力远大于下落过程中所受,的阻力，减小实验误差,(5)选用纸带时应尽量挑第一、二点间距离接近 2 mm 的纸带(6)计算下落高度时，都必须从起始点算起，不能搞错为了减小测量 h 的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，但纸带也不宜过长，有效长度可在 6080 cm 内,(7)因为实验要求第一个点对应重锤开始下落的时刻，这就要尽量使该点是清晰小点，为此提起纸带的手要保持不动，待接通电源，打点计时器正常工作后再松开纸带,v2,2,1(2010 年新课标卷)图S63为验证机械能守恒定律的实验装置示意图现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有_(填入正确选项前的字母),A米尺C012 V 的直流电源,B秒表D012 V 的交流电源,图 S63,答案：(1)AD(2)纸带与打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差,(2)实验中误差产生的原因有_(写出两个原因),2(2010 年广州二模)用如图 S64 所示的装置做“验证机械能守恒定律”实验打点计时器的打点周期为 T，重锤的质量为 m，重力加速度为 g.,(1)完成下面部分实验步骤的相关内容：A按图示的装置安装器件,B 将打点计时器接到_,(填“直流”或“交流”)电源上,C先_，,再_，让重锤拖着纸带从高处自由下落,D,图 S64,(2)图 S65 是实验打出的纸带，O 是速度为零的点，A、B、C 是从合适位置选取的三个连续点(其他点未画出)，量得 d1、d2、d3.取图中 O 和_(填“A”、“B”或“C”)点来验证机械能守恒定律比较简捷方便，打点计时器打下该点时重锤的动能 Ek_.,图 S65,题型1,实验原理和操作,【例1】关于“验证机械能守恒定律”实验，下面列出一些实验步骤：A用天平称出重物和夹子的质量B将重物系在夹子上C将纸带穿过打点计时器，上端用手提着，下端夹在系有重物的夹子上，再把纸带向上拉，让夹子静止靠近打点计时器处,D把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电,压调至 6 V(电源暂不接通),E把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上，使两,个限位孔在同一竖直线上,F在纸带上选取几个点，进行测量并记录数据G用秒表测出重物下落的时间,H接通电源，待打点计时器工作稳定后释放纸带I切断电源,J更换纸带，重新进行两次实验,K在三条纸带中选出较好的一条L进行计算，得出结论，完成实验报告M拆下导线，整理器材对于本实验的以上步骤中，不必要的有_；正确步骤的合理顺序是_(填写代表字母),备考策略：高考中也经常出现对该实验的基本原理和步骤的考查，熟悉本实验的原理和操作步骤是解题的关键这里要注意的是，实验中不能将物体下落的加速度当做本地加速度,1(2012 年广东六校联考)在“验证机械能守恒定律”实验,时，关于本实验的叙述中，正确的有(,),A打点计时器安装时要使两限位孔位于同一竖直线上并安装稳定，以减小纸带下落过程中的阻力B需用天平测出重锤的质量C打点计时器用四节干电池串联而成的电池组作为电源D用手竖直提起纸带，先闭合打点计时器的电源开关，然后释放重锤,E打出的纸带中，只要点迹清晰，就可以运用公式 mgh,12,m v 2，来验证机械能是否守恒,F验证机械能是否守恒必须先确定重力势能的参考平面验证机械能是否守恒时，实验中计算某一点的速度，甲同学,同学的计算方法更符合实验要求重力加速度 g 的数值，甲同学用 9.8 m/s2代入，乙同学用通过对纸带分析计算出重锤下落的实际加速度代入，丙同学用当地的实际重力加速度代入，其中_同学的做法是正确的,答案：AD 乙 丙,题型2,纸带数据的处理和误差分析,【例2】(2010 年湛江二模)在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量 m1.00 kg 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点如图 S66 所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O 为第一个点，A、B、C 为从合适位置开始选取的三个连续点(其他点未画出)已知打点计时器每隔 0.02 s打一次点，当地的重力加速度 g9.80 m/s2.那么：(1)纸带的_(填“左”或“右”)端与重物相连(2)根据图上所得的数据，应取图中 O 点和_点来验证机械能守恒定律,(3)从 O 点到所取点，重物重力势能减少量Ep_ J动能增加量Ek_ J；(结果取三位有效数字)(4)实验的结论是_,图 S66,解析：(1)验证机械能守恒定律是利用自由落体运动，纸带做匀加速运动，点间距离越来越大，所以重物在纸带的左端(2)从图上数据来看 B 点的瞬时速度可求，所以取OB 段来验证机械能守恒定律,(4)从数据看EpEk，所以实验的结论是在误差允许的范围内，机械能守恒,答案：(1)左,(2)B(3)1.88,1.84,(4)在误差允许的范围内机械能守恒,备考策略：这里处理数据，要求掌握求瞬时速度的方法，即等于该点(是这一段的中点时刻)所在这一段的平均速度对于产生误差，要知道最主要的原因是“纸带和打点计时器之间的摩擦”造成的,2(2012 年广州调研)用如图S67所示的装置“验证机械能守恒定律”(1)下列物理量需要测量的是_，通过计算得到的是_(填写代号)A重锤质量B重力加速度C重锤下落的高度,D与下落高度对应的重锤的瞬时速度,图 S67,(2)设重锤质量为 m，打点计时器的打点周期为 T，重力加速度为 g.图 S68 是实验得到的一条纸带，A、B、C、D、E 为相邻的连续点根据测得的 s1、s2、s3、s4写出重物由 B 点到 D点势能减少量的表达式 _，动 能 增 量 的 表 达 式_由于重锤下落时要克服阻力做功，所以该实验的动能增量总是_(填“大于”、“等于”或“小于”)重力势能的减少量，主要原因是_,_.,图 S68,答案：(1)C D,1(2011 年海南卷)现要通过实验验证机械能守恒定律实验装置如图S69所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上 A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m 的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测试遮光片经过光电门时的挡光时间 t，用d表示A点到导轨低端C点的距离，h表示 A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s 表示 A、B两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看做滑块通过 B点时的瞬时速度用g表示重力加速度完成下列填空和作图,图 S69,(1)若将滑块自 A 点由静止释放，则在滑块从 A 运动至 B 的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为_，动能的增加量可表示为_,(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点(A 点),下滑，测量相应的 s 与 t 值，结果如下表所示：,由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出 s直线的斜,率 k0，将k 和k0 进行比较，若其差值在实验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律,图 S610,(2)如图 29 所示,2.40,图 29,2(2010 年四川卷)有4条用打点计时器(所用交流电频率为50 Hz)打出的纸带 A、B、C、D，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的 4 个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为 s1、s2、s3.请你根据下列 s1、s2、s3的测量结果确定该纸带为_(已知当地的重力加速度为 9.791 m/s2),A61.0 mm,65.8 mm,70.7 mmB41.2 mm,45.1 mm,53.0 mmC49.6 mm,53.5 mm,57.3 mmD60.5 mm,61.0 mm,60.6 mm,答案：C,解析：相邻两点间时间间隔为0.02 s，带入sgT 29.7910.022 m 3.9 mm,
