第五章實驗六驗證機械能守恒定律

第五章實驗六驗證機械能守恒定律第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四知識要點歸納實驗?zāi)康睦米杂陕潴w運動驗證只有重力作用下的物體機械能守恒．第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四實驗原理1.在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)化，但總的機械能保持不變．若物體某時刻瞬時速度為v，下落高度為h，則重力勢能的減少量為mgh，第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四實驗器材鐵架臺(含鐵夾)、打點計時器、學(xué)生電源、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、重物(帶紙帶夾)．第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四過程分析導(dǎo)引實驗步驟1．安裝置：按圖5－5－2將檢查、調(diào)整好第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四圖5－5－2的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路．第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四2．打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方．先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落．更換紙帶重復(fù)做3次～5次實驗．第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四誤差分析1．本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量ΔEk稍小于重力勢能的減少量ΔEp，即ΔEk<ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差．改進的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力．第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四2．本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬偶然誤差．減小誤差的辦法是測下落距離時都從O點量起，一次將各打點對應(yīng)的下落高度測量完，或者多次測量取平均值．第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四注意事項1．應(yīng)盡可能控制實驗條件，即應(yīng)滿足機械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：(1)安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，以減小摩擦阻力．第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四(2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減?。?．實驗中，提紙帶的手要保持不動，且保證紙帶豎直．接通電源后，打點計時器工作穩(wěn)定后再松開紙帶．第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四實驗改進物體下落過程中通過某一位置的速度可以用光電計時器測出來，利用這種裝置驗證機械能守恒定律，能消除紙帶與限位孔的摩擦阻力帶來的系統(tǒng)誤差；也可以把電磁打點計時器更換成電火花式計時器，以消除計時器的振第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四針在打點時對紙帶產(chǎn)生的阻力;還可以把整個裝置放在一個真空的環(huán)境中，以消除由于空氣阻力作用而帶來的誤差．第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四實驗典例探究(2012·如皋統(tǒng)考)在用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量m＝1.00kg的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列點．?dāng)?shù)據(jù)處理及誤差分析例1第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四如圖5－5－3所示為選取的一條符合實驗要求的紙帶，O為第一個點(速度恰好為零)，每兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出,選連續(xù)的3個計數(shù)點A、B、C作為測量的點，如圖所示，經(jīng)測量知道A、B、C各點到O點的距離分別為50.50cm、86.00cm、130.50cm.第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四已知打點計時器每隔0.02s打一次點，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2.圖5－5－3第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可計算出打B點時的速度vB＝________m/s;重物由O點運動到B點,重力勢能減少了________J，動能增加了________J．根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，還可以求出物體實際下落的加速度為________m/s2，物體在從A到B下落的過程中所受到的平均阻力為第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四________N(計算結(jié)果都要保留3位有效數(shù)字)，該阻力的來源主要有：(1)____________________________________________________________；(2)________________________________________________________________________．第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四【解析】由于每兩個相鄰計數(shù)點之間還有4個點沒有畫出，所以每兩個相鄰計數(shù)點之間的時間間隔為0.1s，同時可求得：第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四Ff＝mg－ma＝1.00×9.80N－1.00×9.00N＝0.800N分析紙帶受到的力有：重力、重物受到的空氣阻力、紙帶與限位孔之間的摩擦力等力的作用，所以阻力的來源是以上除重力之外的力．第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四【答案】4.00

8.43

8.00

9.00

0.800重物受到的空氣阻力紙帶與限位孔之間的摩擦力第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四(2010·高考海南卷)利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖5－5－4甲所示：實驗創(chuàng)新例2第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四圖5－5－4第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四(1)實驗步驟：①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平．②用游標卡尺測量擋光條的寬度l，結(jié)果如圖乙所示，由此讀出l＝________mm.第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四③由導(dǎo)軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離s＝________cm.④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2.第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四⑤從數(shù)字計時器(圖甲中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間Δt1和Δt2.⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m.(2)用表示直接測量量的字母寫出下列所求物理量的表達式：第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四①滑塊通過光電門1和光電門2時瞬時速度分別為v1＝________和v2＝________.②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1＝________和Ek2＝________.第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少ΔEp＝________(重力加速度為g)．(3)如果ΔEp≈________，則可認為驗證了機械能守恒定律．第四十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第四十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第四十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四重力勢能的減少，ΔEp＝mgs.(3)系統(tǒng)動能