物理第五章 机械能 实验六 验证机械能守恒定律.ppt
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1、实验六验证机械能守恒定律实验六验证机械能守恒定律实验基础实验基础热点定位热点定位跟踪训练跟踪训练实验基础实验基础理解落实理解落实 夯基础夯基础注意事项注意事项1.1.安装打点计时器时要竖直架稳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减使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力少摩擦阻力.2.2.重物应选用质量大、体积小、密度大的材料重物应选用质量大、体积小、密度大的材料.3.3.应先接通电源应先接通电源,让打点计时器正常工作后让打点计时器正常工作后,再松开纸带让重物下落再松开纸带让重物下落.4.4.纸带长度应选用纸带长度应选用60 cm60 cm左右为宜左右为宜,应选用点迹清
2、晰的纸带进行测量应选用点迹清晰的纸带进行测量.误差分析误差分析误差误差产生原因产生原因减小方法减小方法偶然偶然误误差差 测测量量长长度度带带来的来的误误差差(1)(1)测测量距离量距离时应时应从从计计数点数点0 0量起,量起,且且选选取的取的计计数点离数点离0 0点点远远些些(2)(2)多次多次测测量取平均量取平均值值系系统误统误差差重物和重物和纸带纸带下落下落过过程中程中存在阻力存在阻力(1)(1)打点打点计时计时器安装器安装稳稳固,并使两固,并使两限位孔在同一限位孔在同一竖竖直直线线上,以减小上,以减小摩擦阻力摩擦阻力(2)(2)选选用用质质量大、体量大、体积积小的物体作小的物体作重物,以
3、减小空气阻力的影响重物,以减小空气阻力的影响热点定位热点定位重点透析重点透析 通热点通热点热点一实验原理的理解与误差分析热点一实验原理的理解与误差分析【例例1 1】(2016(2016内蒙古巴市一中期末内蒙古巴市一中期末)如图如图(甲甲)所示所示,一位同学利用光一位同学利用光电计时器等器材做电计时器等器材做“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验的实验.有一直径为有一直径为d d、质量、质量为为m m的金属小球在的金属小球在A A处由静止释放处由静止释放,下落过程中能通过下落过程中能通过A A处正下方、固定于处正下方、固定于B B处的光电门处的光电门,测得测得A,BA,B间的距离为间的距
4、离为H(HH(Hd d),),光电计时器记录下小球通过光电计时器记录下小球通过光电门的时间为光电门的时间为t,t,当地的重力加速度为当地的重力加速度为g.g.则则:(1)(1)如图如图(乙乙)所示所示,用游标卡尺测得小球的直径用游标卡尺测得小球的直径d=d=mm.mm.(2)(2)小球经过光电门小球经过光电门B B时的速度表达式为时的速度表达式为v=v=.(3)(3)多次改变高度多次改变高度H,H,重复上述实验重复上述实验,作出作出 随随H H的变化图像如图的变化图像如图(丙丙)所示所示,当当图中已知量图中已知量t t0 0,H,H0 0和重力加速度和重力加速度g g及小球的直径及小球的直径d
5、 d满足表达式满足表达式时时,可判断小球下落过程中机械能守恒可判断小球下落过程中机械能守恒.(4)(4)实验中发现动能增加量实验中发现动能增加量EEk k总是稍小于重力势能减少量总是稍小于重力势能减少量EEp p,增大下落增大下落高度后高度后,则则EEp p-E-Ek k将将(选填选填“增大增大”“”“减小减小”或或“不变不变”).).核心点拨核心点拨(1)(1)小球过光电门的速度用平均速度代替小球过光电门的速度用平均速度代替.(2)(2)根据机械能守恒和小球经过光电门的速度写出根据机械能守恒和小球经过光电门的速度写出 与与H H的关系式的关系式.解析解析:(1)(1)由图可知由图可知,主尺刻
6、度为主尺刻度为7 mm,7 mm,游标对齐的刻度为游标对齐的刻度为5,5,故读数为故读数为7mm+7mm+50.05 mm=7.25 mm.50.05 mm=7.25 mm.(2)(2)已知经过光电门的时间和小球的直径已知经过光电门的时间和小球的直径,则可以由平均速度表示经过光则可以由平均速度表示经过光电门时的速度电门时的速度,故故v=.v=.(4)(4)由于该过程中有阻力做功由于该过程中有阻力做功,而高度越高而高度越高,阻力做功越多阻力做功越多,故增大下落故增大下落高度后高度后,则则EEp p-E-Ek k将增大将增大.方法技巧方法技巧 使用光电门传感器测速度使用光电门传感器测速度,减小了因
7、摩擦造成的误差减小了因摩擦造成的误差,但但会因挡光片宽度会因挡光片宽度(或小物体或小物体)较大较大,平均速度代表瞬时速度存在较大误差平均速度代表瞬时速度存在较大误差.因此因此,实验中应使挡光片宽度合适实验中应使挡光片宽度合适,若直接让小物体通过光电门时若直接让小物体通过光电门时,应选应选择体积较小、质量较大的物体择体积较小、质量较大的物体.【教师备用教师备用】在一次实验验证课上在一次实验验证课上,某同学利用自由落体运动来验证机某同学利用自由落体运动来验证机械能守恒定律械能守恒定律,该同学开始实验时的情形如图所示该同学开始实验时的情形如图所示,他将打点计时器接通他将打点计时器接通低压电源后释放纸
8、带低压电源后释放纸带.(1)(1)请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方.解析解析:(1)(1)打点计时器采用的是交流电源打点计时器采用的是交流电源,而本实验中采用了直流电源而本实验中采用了直流电源;同同时时,由于加速度较大由于加速度较大,故纸带应在故纸带应在1 1米左右米左右,且应让重物紧靠打点计时器且应让重物紧靠打点计时器,而本实验中离打点计时器太远而本实验中离打点计时器太远,故错误为故错误为打点计时器接了直流电源打点计时器接了直流电源;重物离打点计时器太远重物离打点计时器太远.答案答案:(1)(1)打点计时器接了直流电
9、源打点计时器接了直流电源重物离打点计时器太远重物离打点计时器太远(2)(2)该同学在教师的指导下规范了实验操作该同学在教师的指导下规范了实验操作,重新进行实验重新进行实验,得到了几条得到了几条(3(35 5条条)打出一系列点的纸带打出一系列点的纸带,在选点验证机械能守恒时在选点验证机械能守恒时,有以下两种有以下两种方案方案,其中对选取纸带的其中对选取纸带的1,21,2两点间距离要求小于或接近两点间距离要求小于或接近2 mm2 mm的是方案的是方案(填填“一一”或或“二二”).).方案一方案一:利用起始点和第利用起始点和第n n点计算点计算;方案二方案二:任取两点计算任取两点计算.解析解析:(2
10、)(2)根据自由落体运动规律应有根据自由落体运动规律应有h=10(0.02)h=10(0.02)2 2m=0.002 m=m=0.002 m=2 mm.2 mm.选用点迹清晰且第选用点迹清晰且第1,21,2点间距离接近点间距离接近2 mm2 mm的纸带的纸带,也就是利用起始点和也就是利用起始点和第第n n点计算点计算,所以是方案一所以是方案一.答案答案:(2)(2)一一(3)(3)该同学最终选择了方案一该同学最终选择了方案一,结合图像法进行数据分析结合图像法进行数据分析,他从纸带上选他从纸带上选取多个点取多个点.测量从第一点到其余各点的下落高度测量从第一点到其余各点的下落高度h,h,并计算各点
11、速度的平并计算各点速度的平方方v v2 2,根据实验数据作出根据实验数据作出 v v2 2-h h 图像图像,其中图线的斜率表示其中图线的斜率表示.答案答案:(3)(3)重力加速度重力加速度g g热点二实验数据的处理热点二实验数据的处理【例例2 2】如图如图(甲甲)所示是用所示是用“落体法落体法”验证机械能验证机械能守恒定律的实验装置守恒定律的实验装置.(g.(g取取9.80 m/s9.80 m/s2 2)(1)(1)选出一条纸带如图选出一条纸带如图(乙乙)所示所示,其中其中O O点为打点计时器打下的第一个点点为打点计时器打下的第一个点,A,B,CA,B,C为三个计数点为三个计数点,打点计时器
12、通以频率为打点计时器通以频率为50 Hz50 Hz的交变电流的交变电流.用分度值为用分度值为1 mm1 mm的刻度尺测得的刻度尺测得OA=12.41 OA=12.41 cm,OBcm,OB=18.90=18.90 cm,OCcm,OC=27.06 cm,=27.06 cm,在计数点在计数点A A和和B,BB,B和和C C之间还各有一个点之间还各有一个点,重锤的质量为重锤的质量为1.00 kg.1.00 kg.甲同学根据以上数据算甲同学根据以上数据算出出:当打点计时器打到当打点计时器打到B B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了点时重锤的重力势能比开始下落时减少了J;J;此时重锤的速度此时重锤的
13、速度v vB B=m/sm/s,此时重锤的动能比开始下落时增加此时重锤的动能比开始下落时增加了了 J.(J.(结果均保留结果均保留3 3位有效数字位有效数字)核心点拨核心点拨 (1)(1)选选OBOB段分析段分析,分别计算出该段重力势能的减少量和动分别计算出该段重力势能的减少量和动能的增加量能的增加量.答案答案:(1)1.85(1)1.851.831.831.671.67(2)(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带某同学利用他自己实验时打出的纸带,测量出了各计数点到打点计测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离时器打下的第一个点的距离h,h,算出了各计数点对应的速度算出了各计数点对应的
14、速度v,v,然后以然后以h h为为横轴、以横轴、以 v v2 2为纵轴作出了如图为纵轴作出了如图(丙丙)所示的图线所示的图线.图线的斜率近似等于图线的斜率近似等于 .A.19.6A.19.6 B.9.8 B.9.8 C.4.90 C.4.90图线未过原点图线未过原点O O的原因是的原因是 .答案答案:(2)B(2)B先释放了纸带先释放了纸带,再合上打点计时器开关再合上打点计时器开关方法技巧方法技巧 实验数据处理的方法实验数据处理的方法在用不同实验装置做在用不同实验装置做“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中的实验中,处理实验数据处理实验数据一般有以下方法一般有以下方法(1)(1)利用
15、物体运动的信息利用物体运动的信息,确定某一过程中物体确定某一过程中物体(或系统或系统)增加的动能与减增加的动能与减少的势能的数值关系验证少的势能的数值关系验证.(2)(2)由实验数据作出某两物理量间的关系图像由实验数据作出某两物理量间的关系图像,与假设机械能守恒时两物与假设机械能守恒时两物理量间的关系图像进行对比加以验证理量间的关系图像进行对比加以验证.【教师备用教师备用】利用如图利用如图(甲甲)实验装置探究重物下落过程实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的转化问题中动能与重力势能的转化问题.(1)(1)实验操作步骤如下实验操作步骤如下,请将步骤请将步骤B B补充完整补充完整:A.A.按实
16、验要求安装好实验装置按实验要求安装好实验装置;B.B.使重物靠近打点计时器使重物靠近打点计时器,接着先接着先,后后,打点计时器在打点计时器在纸纸带上打下一系列的点带上打下一系列的点;(;(填填“放开纸带放开纸带”或或“接通电源接通电源”)C.C.图图(乙乙)为一条符合实验要求的纸带为一条符合实验要求的纸带,O,O点为打点计时器打下的第一个点点为打点计时器打下的第一个点,O,O点与第点与第2 2点的距离约为点的距离约为2 mm,2 mm,分别测出若干连续点分别测出若干连续点A,B,CA,B,C与与O O点之间的距离点之间的距离h hA A,h,hB B,h,hC C.解析解析:(1)(1)先接通
17、电源先接通电源,待打点计时器工作稳定后待打点计时器工作稳定后,再放开纸带再放开纸带.答案答案:(1)(1)接通电源放开纸带接通电源放开纸带答案答案:(2)(2)=乙乙热点三实验的创新与改进热点三实验的创新与改进新题体验新题体验1.1.(2016(2016福建福州质检福建福州质检)某同学利用如图某同学利用如图(甲甲)所示装置探究平抛运动中机所示装置探究平抛运动中机械能是否守恒械能是否守恒.在斜槽轨道的末端安装一个光电门在斜槽轨道的末端安装一个光电门B,B,调节激光束与球心等高调节激光束与球心等高,斜槽末端水平斜槽末端水平.地面上依次铺有白纸、复写纸地面上依次铺有白纸、复写纸,让小球从斜槽上固定位
18、置让小球从斜槽上固定位置A A点点无初速释放无初速释放,通过光电门后落在地面的复写纸上通过光电门后落在地面的复写纸上,在白纸上留下打击印在白纸上留下打击印.重复重复实验多次实验多次,测得小球通过光电门的平均时间为测得小球通过光电门的平均时间为2.50 ms.(2.50 ms.(当地重力加速度当地重力加速度g=9.8 m/sg=9.8 m/s2 2)(1)(1)用游标卡尺测得小球直径如图用游标卡尺测得小球直径如图(乙乙)所示所示,则小球直径为则小球直径为d=d=mm,mm,由此可知小球通过光电门的速度由此可知小球通过光电门的速度v vB B;(2)(2)实验测得轨道离地面的高度实验测得轨道离地面
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- 物理第五章 机械能 实验六 验证机械能守恒定律 物理 第五 实验 验证 守恒定律
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