2019年高考物理一輪復習 實驗6 驗證機械能守恒定律課件 新人教版.ppt

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實驗6驗證機械能守恒定律 實驗溯本求源 實驗熱點探究 課時鞏固訓練 三 實驗器材鐵架臺 含鐵夾 打點計時器 學生電源 紙帶 復寫紙 導線 毫米刻度尺 重物 帶紙帶夾 四 實驗步驟1 安裝 準備 按如圖S6 2所示裝置把打點計時器安裝在鐵架臺上 用導線把打點計時器與學生電源連接好 把紙帶的一端用夾子固定在重物上 另一端穿過計時器限位孔 用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近 圖S6 2 熱點一實驗原理與實驗操作 例1圖S6 3為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖 現(xiàn)有的器材為 帶鐵夾的鐵架臺 電火花計時器 紙帶 帶鐵夾的重錘 天平 回答下列問題 1 為完成此實驗 除了所給的器材外 還需要的器材有 填入正確選項前的字母 A 毫米刻度尺B 秒表C 220V的直流電源D 220V的交流電源 圖S6 3 2 部分實驗步驟如下 A 接通電源 待打點計時器工作穩(wěn)定后放開紙帶B 將重錘靜止靠在打點計時器附近 手提紙帶的上端C 關閉電源 取出紙帶D 把打點計時器固定在鐵夾上 讓紙帶穿過限位孔上述實驗步驟的正確順序是 3 寫出本實驗產生誤差的一個原因 變式某實驗小組用如圖S6 4甲所示裝置研究系統(tǒng)在金屬軌道上運動過程中機械能是否守恒 將一端帶有滑輪的長金屬軌道水平放置 重物通過細繩水平牽引小車沿軌道運動 利用打點計時器和紙帶記錄小車的運動 圖S6 4 1 本實驗中小車質量 選填 需要 或 不需要 遠大于重物質量 2 將小車靠近打點計時器 將穿好的紙帶拉直 接通電源 釋放小車 圖乙是打出的一條清晰紙帶 O點是打下的第一個點 1 2 3 4 5是連續(xù)的計數(shù)點 O點和計數(shù)點1之間還有多個點 圖中未畫出 相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0 02s 在打計數(shù)點4時小車的速度v m s 若已知重物的質量為m 小車的質量為M 則從點O到點4的過程中 系統(tǒng)減少的重力勢能為J 增加的動能為J g取9 8m s2 結果均保留兩位小數(shù) 特別提醒 1 安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn) 使兩限位孔在同一豎直平面內以減少摩擦阻力 2 重物應選用質量大 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 再松開紙帶讓重物下落 4 紙帶長度應選用60cm左右為宜 應選用點跡清晰的紙帶進行測量 熱點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析 例2某同學安裝如圖S6 5甲所示的實驗裝置 驗證機械能守恒定律 如圖乙所示是該實驗得到的一條點跡清晰的紙帶 現(xiàn)要取A B兩點來驗證 已知電火花計時器每隔0 02s打一個點 圖S6 5 丙 變式甲實驗小組利用圖S6 6 a 裝置驗證機械能守恒定律 將小鋼球從軌道的不同高度h處由靜止釋放 斜槽軌道水平末端離落點的高度為H 鋼球的落點距軌道末端的水平距離為s g取10m s2 1 若軌道完全光滑 s2與h的理論關系應滿足s2 用H h表示 2 圖 b 中圖線 為根據(jù)實驗測量結果描點作出的s2 h關系圖線 圖線 為根據(jù)理論計算得到的s2 h關系圖線 對比實驗結果 發(fā)現(xiàn)自同一高度由靜止釋放的鋼球 實際水平拋出的速率 選填 小于 或 大于 理論值 造成這種偏差的可能原因是 乙實驗小組利用同樣的裝置通過頻閃照相探究平拋運動中的機械能守恒 將質量為0 1kg的小鋼球A由斜槽某位置由靜止釋放 由頻閃照相得到如圖 c 所示的小鋼球位置示意圖 O點為小鋼球的水平拋出點 3 根據(jù)小鋼球位置示意圖可以判斷閃光間隔為s 4 以O點所在水平面為零勢能面 小鋼球A在O點的機械能為J 小鋼球A在C點時的重力勢能為J 動能為J 機械能為J 圖S6 6 熱點三同類實驗拓展與創(chuàng)新 例3如圖S6 7甲所示的裝置叫作阿特伍德機 是英國數(shù)學家和物理學家阿特伍德創(chuàng)制的一種著名力學實驗裝置 用來研究勻變速直線運動的規(guī)律 某同學對該裝置加以改進后用來驗證機械能守恒定律 如圖乙所示 已知重力加速度為g 1 實驗時 該同學進行了如下操作 將質量均為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 處于靜止狀態(tài) 測量出 選填 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動 光電門記錄擋光片擋光的時間為 t 測出擋光片的寬度d 計算有關物理量 驗證機械能守恒定律 2 如果系統(tǒng) 重物A B以及物塊C 的機械能守恒 應滿足的關系式為 3 引起該實驗系統(tǒng)誤差的原因有 寫一條即可 圖S6 7 3 通過 1 2 的實驗數(shù)據(jù) 可以得出的結論是 小球與地球組成的系統(tǒng)機械能 選填 守恒 不守恒 或 無法判斷是否守恒 2 中小球離A點的距離h 選填 大于 小于 或 等于 h1 1 2016 拉薩中學月考 小明同學采用如圖S6 9甲所示的裝置進行 驗證機械能守恒定律 實驗 圖S6 9 1 除了圖甲裝置中的器材之外 還必須從圖乙中選取實驗器材 其名稱是 2 指出圖甲裝置中不合理的地方 一處 3 小明同學得到了如圖丙所示的一條紙帶 讀出0 4兩點間的距離為cm 4 已知打點計時器的電源頻率為50Hz 打下計數(shù)點5時紙帶速度的大小為 保留2位有效數(shù)字 m s 2 如圖S6 10甲所示為 驗證機械能守恒定律 的實驗裝置圖 1 本實驗中 下列器材中不必要的是 A 天平B 交流電源C 秒表D 打點計時器 圖S6 10 3 某同學利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律 頻閃儀每隔0 05s閃光一次 圖S6 11所標數(shù)據(jù)為實際距離 該同學通過計算得到不同時刻的速度如下表 當?shù)刂亓铀俣萭取9 8m s2 小球質量m 0 4kg 結果保留3位有效數(shù)字 1 由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5 m s 2 從t2到t5時間內 重力勢能增量 Ep J 動能減少量 ek J 3 在誤差允許的范圍內 若 Ep與 Ek近似相等 即可驗證機械能守恒定律 由上述計算得 Ep 選填 或 Ek 造成這種結果的主要原因是 圖S6 11 4 利用如圖S6 12甲實驗裝置探究重錘下落過程中重力勢能與動能的轉化問題 甲 乙 丙 圖S6 12 1 圖乙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點 分別測出若干連續(xù)點A B C 與O點之間的距離h1 h2 h3 已知打點計時器的打點周期為T 重錘質量為m 重力加速度為g 可得重錘下落到B點時的速度大小為 2 取打下O點時重錘的重力勢能為零 計算出該重錘下落不同高度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)以上數(shù)據(jù)在圖丙中繪出圖線 和圖線 已求得圖線 斜率的絕對值k1和圖線 的斜率k2 重錘和紙帶在下落過程中所受平均阻力與重錘所受重力的比值為 用k1和k2表示 5 如圖S6 13所示實驗裝置可以用來驗證機械能守恒定律 左側重物A帶有擋光片 其總質量為m 右側重物B質量為M 兩重物由跨過輕質光滑定滑輪的細繩相連 與光電門相連的數(shù)字毫秒計可以測量擋光片經過光電門時的擋光時間 擋光片的寬度用b表示 擋光片到光電門之間的距離用h表示 擋光片通過光電門的平均速度近似看作擋光片通過光電門的瞬時速度 實驗時重物從靜止開始運動 重物B的質量M大于A和擋光片的總質量m 圖S6 13 1 在實驗過程中 與光電門相連的數(shù)字毫秒計記錄的擋光片的擋光時間為t 則擋光片通過光電門的瞬時速度可表示為v 2 重物從靜止開始運動 當擋光片經過光電門位置時 A和B組成的系統(tǒng)動能增加量可表示為 Ek 系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為 Ep 在誤差允許的范圍內 若 Ek Ep 則可認為系統(tǒng)的機械能守恒 重力加速度為g 3 為了減小偶然誤差 多次改變擋光片到光電門之間的距離h 作出v2 h圖像 如圖S6 14所示 并測得該圖像的斜率為k 則重力加速度的表達式為 圖S6 14 6 用自由落體法驗證機械能守恒定律 器材安裝如圖S6 15甲所示 甲 圖S6 15 圖S6 16