高考物理复习第五章机械能实验六验证机械能守恒定律

试验六验证机械能守恒定律1/44试验基础热点定位跟踪训练2/44试验基础·了解落实

夯基础3/44●注意事项1.安装打点计时器时要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直平面内以降低摩擦阻力.2.重物应选取质量大、体积小、密度大材料.3.应先接通电源,让打点计时器正常工作后,再松开纸带让重物下落.4.纸带长度应选取60cm左右为宜,应选取点迹清楚纸带进行测量.4/44●误差分析误差产生原因减小方法偶然误差测量长度带来误差(1)测量距离时应从计数点0量起，且选取计数点离0点远些(2)屡次测量取平均值系统误差重物和纸带下落过程中存在阻力(1)打点计时器安装稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力(2)选取质量大、体积小物体作重物，以减小空气阻力影响5/44热点定位·重点透析

通热点热点一试验原理了解与误差分析【例1】

(·内蒙古巴市一中期末)如图(甲)所表示,一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”试验.有一直径为d、质量为m金属小球在A处由静止释放,下落过程中能经过A处正下方、固定于B处光电门,测得A,B间距离为H(H≫d),光电计时器统计下小球经过光电门时间为t,当地重力加速度为g.则:(1)如图(乙)所表示,用游标卡尺测得小球直径d=

mm.(2)小球经过光电门B时速度表示式为v=

.

6/44(3)屡次改变高度H,重复上述试验,作出随H改变图像如图(丙)所表示,当图中已知量t0,H0和重力加速度g及小球直径d满足表示式

时,可判断小球下落过程中机械能守恒.

(4)试验中发觉动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能降低许ΔEp,增大下落高度后,则ΔEp-ΔEk将

(选填“增大”“减小”或“不变”).

〚关键点拨〛(1)小球过光电门速度用平均速度代替.(2)依据机械能守恒和小球经过光电门速度写出与H关系式.解析:(1)由图可知,主尺刻度为7mm,游标对齐刻度为5,故读数为7mm+5×0.05mm=7.25mm.(2)已知经过光电门时间和小球直径,则能够由平均速度表示经过光电门时速度,故v=.7/44(4)因为该过程中有阻力做功,而高度越高,阻力做功越多,故增大下落高度后,则ΔEp-ΔEk将增大.8/44方法技巧

使用光电门传感器测速度,减小了因摩擦造成误差,但会因挡光片宽度(或小物体)较大,平均速度代表瞬时速度存在较大误差.所以,试验中应使挡光片宽度适当,若直接让小物体经过光电门时,应选择体积较小、质量较大物体.9/44【教师备用】在一次试验验证课上,某同学利用自由落体运动来验证机械能守恒定律,该同学开始试验时情形如图所表示,他将打点计时器接通低压电源后释放纸带.(1)请指出该同学在试验操作中存在两处显著错误或不妥地方.①

.

②

.

解析:(1)打点计时器采取是交流电源,而本试验中采取了直流电源;同时,因为加速度较大,故纸带应在1米左右,且应让重物紧靠打点计时器,而本试验中离打点计时器太远,故错误为①打点计时器接了直流电源;②重物离打点计时器太远.答案:(1)①打点计时器接了直流电源②重物离打点计时器太远10/44(2)该同学在教师指导下规范了试验操作,重新进行试验,得到了几条(3～5条)打出一系列点纸带,在选点验证机械能守恒时,有以下两种方案,其中对选取纸带1,2两点间距离要求小于或靠近2mm是方案

(填“一”或“二”).

方案一:利用起始点和第n点计算;方案二:任取两点计算.解析:(2)依据自由落体运动规律应有h=×10×(0.02)2m=0.002m=2mm.选取点迹清楚且第1,2点间距离靠近2mm纸带,也就是利用起始点和第n点计算,所以是方案一.答案:(2)一11/44(3)该同学最终选择了方案一,结合图像法进行数据分析,他从纸带上选取多个点.测量从第一点到其余各点下落高度h,并计算各点速度平方v2,依据试验数据作出v2-h图像,其中图线斜率表示

.

答案:(3)重力加速度g12/44热点二试验数据处理【例2】如图(甲)所表示是用“落体法”验证机械能守恒定律试验装置.(g取9.80m/s2)(1)选出一条纸带如图(乙)所表示,其中O点为打点计时器打下第一个点,A,B,C为三个计数点,打点计时器通以频率为50Hz交变电流.用分度值为1mm刻度尺测得OA=12.41cm,OB=18.90cm,OC=27.06cm,在计数点A和B,B和C之间还各有一个点,重锤质量为1.00kg.甲同学依据以上数据算出:当打点计时器打到B点时重锤重力势能比开始下落时降低了

J;此时重锤速度vB=

m/s,此时重锤动能比开始下落时增加了

J.(结果均保留3位有效数字)

13/44〚关键点拨〛

(1)选OB段分析,分别计算出该段重力势能降低许和动能增加量.答案:(1)1.851.831.6714/44(2)某同学利用他自己试验时打出纸带,测量出了各计数点到打点计时器打下第一个点距离h,算出了各计数点对应速度v,然后以h为横轴、以v2为纵轴作出了如图(丙)所表示图线.图线斜率近似等于

.

A.19.6 B.9.8 C.4.90图线未过原点O原因是

.

15/44答案:(2)B先释放了纸带,再合上打点计时器开关16/44方法技巧

试验数据处理方法在用不一样试验装置做“验证机械能守恒定律”试验中,处理试验数据普通有以下方法(1)利用物体运动信息,确定某一过程中物体(或系统)增加动能与降低势能数值关系验证.(2)由试验数据作出某两物理量间关系图像,与假设机械能守恒时两物理量间关系图像进行对比加以验证.17/44【教师备用】利用如图(甲)试验装置探究重物下落过程中动能与重力势能转化问题.(1)试验操作步骤以下,请将步骤B补充完整:A.按试验要求安装好试验装置;B.使重物靠近打点计时器,接着先

,后

,打点计时器在纸带上打下一系列点;(填“放开纸带”或“接通电源”)

C.图(乙)为一条符合试验要求纸带,O点为打点计时器打下第一个点,O点与第2点距离约为2mm,分别测出若干连续点A,B,C…与O点之间距离hA,hB,hC….解析:(1)先接通电源,待打点计时器工作稳定后,再放开纸带.答案:(1)接通电源放开纸带18/4419/44答案:(2)<>=乙20/44热点三试验创新与改进21/4422/44新题体验1.(·福建福州质检)某同学利用如图(甲)所表示装置探究平抛运动中机械能是否守恒.在斜槽轨道末端安装一个光电门B,调整激光束与球心等高,斜槽末端水平.地面上依次铺有白纸、复写纸,让小球从斜槽上固定位置A点无初速释放,经过光电门后落在地面复写纸上,在白纸上留下打击印.重复试验屡次,测得小球经过光电门平均时间为2.50ms.(当地重力加速度g=9.8m/s2)23/44(1)用游标卡尺测得小球直径如图(乙)所表示,则小球直径为d=

mm,由此可知小球经过光电门速度vB;

(2)试验测得轨道离地面高度h=0.441m,小球平均落点P到轨道末端正下方O点距离x=0.591m,则由平抛运动规律解得小球平抛初速度v0=

m/s;

(3)在误差允许范围内,试验结果中小球经过光电门速度vB与由平抛运动规律求解平抛初速度v0满足

关系,就能够认为平抛运动过程中机械能是守恒.

24/44答案:(1)5.00(2)1.97(3)vB=v025/442.(·江苏启东中学月考)如图(甲)所表示装置叫做阿特伍德机,是英国数学家和物理学家阿特伍德创制一个著名力学试验装置,用来研究匀变速直线运动规律.某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律,如图(乙)所表示.26/44(1)试验时,该同学进行了以下步骤:①将质量均为M(A含挡光片、B含挂钩)重物用绳连接后,跨放在定滑轮上,处于静止状态,测量出

(填“A上表面”“A下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心竖直距离h.

②在B下端挂上质量为m物块C,让系统(重物A,B以及物块C)中物体由静止开始运动,光电门统计挡光片挡光时间为Δt.③测出挡光片宽度d,计算相关物理量,验证机械能守恒定律.解析:(1)①将质量均为M(A含挡光片、B含挂钩)重物用绳连接后,跨放在定滑轮上,处于静止状态,测量出挡光片中心到光电门中心竖直距离h.答案:(1)挡光片中心27/44(2)假如系统(重物A,B以及物块C)机械能守恒,应满足关系式为

.

(已知重力加速度为g).

(3)引发该试验系统误差原因有

(写一条即可).

(3)引发该试验系统误差原因有:绳子有质量,滑轮与绳子有摩擦,重物运动受到阻力作用.(3)绳子有质量;滑轮与绳子有摩擦;重物运动受到阻力作用(回答一个即可)28/44(4)验证试验结束后,该同学突发奇想:假如系统(重物A,B以及物块C)机械能守恒,不停增大物块C质量m,重物B加速度a也将不停增大,那么a与m之间有怎样定量关系?a随m增大会趋于一个什么值?请你帮该同学处理:①写出a与m之间关系式

(还要用到M和g);

②a值会趋于

.

29/44跟踪训练·即时巩固

测效果1.某同学利用竖直上抛小球频闪照片验证机械能守恒定律,频闪仪每隔0.05s闪光一次,如图所标数据为实际距离,该同学经过计算得到不一样时刻速度以下表.(当地重力加速度取9.8m/s2,小球质量m=0.4kg)(结果保留3位有效数字)时刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由频闪照片上数据计算t5时刻小球速度v5=

m/s;

答案:(1)3.4830/44(2)从t2到t5时间内,重力势能增量ΔEp=

J,动能降低许ΔEk=

J;

(3)在误差允许范围内,若ΔEp与ΔEk近似相等,即可验证了机械能守恒定律.由上述计算得ΔEp

ΔEk(选填“>”“<”或“=”),造成这种结果主要原因是

.

(3)由计算可得ΔEp<ΔEk,主要是因为存在空气阻力.答案:(2)2.492.55(3)<存在空气阻力31/442.某活动小组利用如图所表示装置验证机械能守恒定律.钢球自由下落过程中,先后经过光电门A,B,计时装置测出钢球经过A,B时间分别为tA,tB.用钢球经过光电门平均速度表示钢球球心经过光电门瞬时速度.测出两光电门间距离为h,当地重力加速度为g.(1)用游标卡尺测量钢球直径为d,要验证机械能守恒,只要比较

.

32/44答案:(1)D33/44(2)钢球经过光电门平均速度

(选填“>”或“<”)钢球球心经过光电门瞬时速度,由此产生误差

(选填“能”或“不能”)经过增加试验次数减小.

解析:(2)依据匀变速直线运动规律得钢球经过光电门平均速度等于这个过程中中间时刻速度,所以钢球经过光电门平均速度小于钢球球心经过光电门瞬时速度,由此产生误差是系统误差,不能经过增加试验次数减小.答案:(1)D(2)<不能34/443.用如图所表示试验装置验证机械能守恒定律,重物P(含遮光片),Q用跨过轻滑轮细绳相连,现让P从光电门1上侧由静止释放,P竖直向下运动,分别测出遮光片经过光电门1和光电门2时间Δt1和Δt2,另测得遮光片宽度为d,两光电门之间距离为h,已知重力加速度为g.(1)试验中还需要测量物理量有

(填写物理量名称以及表示符号).(2)写出验证机械能守恒定律等式为

(用以上测得物理量符号表示).(3)本试验还能够测出重物Q上升加速度,其大小是

.

35/4436/44答案:(1)重物P质量m1和重物Q质量m237/444.(·甘肃张掖模拟)如图所表示装置可用来验证机械能守恒定律.摆锤A拴在长L轻绳一端,另一端固定在O点,在A上放一个小铁片,现将摆锤拉起,使绳偏离竖直方向成θ角时由静止开始释放摆锤,当其抵达最低位置时,受到竖直挡板P阻挡而停顿运动,之后铁片将飞离摆锤而做平抛运动.(1)为了验证摆锤在运动中机械能守恒,必须求出摆锤在最低点速度.为了求出这一速度,试验中还应该测量物理量:

.

解析:(1)铁片在最低点飞出时做平抛运动,平抛初速度即为铁片在最低点速度,依据平抛运动规律可知x=vt,y=gt2,所以要想求出平抛初速度,应该测量铁片碰到挡板后水平位移x和下落高度h.答案:(1)铁片碰到挡板后铁片水平位移x和下落高度h38/44(2)用测得物理量表示摆锤在最低点速度v=

.

(3)依据已知和测得物理量,写出摆锤在运动中机械能守恒关系式为

.

39/445.(·江苏卷,11)某同学用如图(甲)所表示装置验证机械能守恒定律.一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于A点,光电门固定在A正下方.在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d遮光条.将钢球拉至不一样位置由静止释放,遮光条经过光电门挡光时间t可由计时器测出,取v=作为钢球经过A点时速度.统计钢球每次下落高度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和A点之间势能改变大小ΔEp与动能改变大小ΔEk,就能验证机械能是否守恒.40/44(1)用ΔEp=mgh计算钢球重力势能改变大小,式中钢球下落高度h应测量释放时钢球球心到

之间竖直距离.

A.钢球在A点时顶端 B.钢球在A点时球心C.钢球在A点时底端解析:(1)钢球下落高度为初末位