高考物理創(chuàng)新（基礎(chǔ)課能力課實(shí)驗(yàn)課）版課件第五章機(jī)械能實(shí)驗(yàn)五

實(shí)驗(yàn)五驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

注意事項(xiàng)1.打點(diǎn)計時器要豎直：安裝打點(diǎn)計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以減少摩擦阻力。2.重物密度要大：重物應(yīng)選用質(zhì)量大、密度大的材料。3.一先一后：應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計時器正常工作，后松開紙帶讓重物下落。熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作【例1】利用圖1裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。圖1(1)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的________。A.動能變化量與勢能變化量B.速度變化量與勢能變化量C.速度變化量與高度變化量(2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計時器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是________。A.交流電源

B.刻度尺

C.天平(含砝碼)(3)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖2所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計時器打點(diǎn)的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp＝________，動能變化量ΔEk＝________。(4)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是________。圖2熱點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與分析【例2】

(2017·江蘇宿遷模擬)某同學(xué)用如圖3所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時，所用交流電源的頻率為50Hz，得到如圖4所示的紙帶。選取紙帶上打出的連續(xù)五個點(diǎn)A、B、C、D、E，測出A點(diǎn)距起點(diǎn)O的距離為s0＝19.00cm，點(diǎn)A、C間的距離為s1＝8.36cm，點(diǎn)C、E間的距離為s2＝9.88cm，g取9.8m/s2，測得重物的質(zhì)量為m＝1kg。圖3(1)下列做法正確的有__________。A.圖3中兩限位孔必須在同一豎直線上B.實(shí)驗(yàn)前，手應(yīng)提住紙帶上端，使紙帶豎直C.實(shí)驗(yàn)時，先放開紙帶，再接通打點(diǎn)計時器的電源D.數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)選擇紙帶上距離較近的兩點(diǎn)作為初、末位置(2)選取O、C兩點(diǎn)為初、末位置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，重物減少的重力勢能是__________J，打下C點(diǎn)時重物的速度大小是__________m/s。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)圖4(4)重物減少的重力勢能總是略大于增加的動能，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是__________________。(寫出一條即可)解析(1)題圖中兩限位孔必須在同一豎直線上，實(shí)驗(yàn)前手應(yīng)提住紙帶上端，并使紙帶豎直，這是為了減小打點(diǎn)計時器與紙帶之間的摩擦，選項(xiàng)A、B正確；實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)先接通打點(diǎn)計時器的電源再放開紙帶，選項(xiàng)C錯誤；數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)選擇紙帶上距離較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)作為初、末位置，以減小長度的測量誤差，選項(xiàng)D錯誤。(4)在實(shí)驗(yàn)過程中，紙帶與打點(diǎn)計時器之間的阻力、空氣阻力是存在的，克服阻力做功損失了部分機(jī)械能，因此實(shí)驗(yàn)中重物減小的重力勢能總是略大于增加的動能。答案(1)AB

(2)2.68

2.28

(3)C

(4)重物受到空氣阻力(或紙帶與打點(diǎn)計時器之間存在阻力)熱點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新1.實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新 (1)利用細(xì)線系住鋼球來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 (2)利用光電門測鋼球經(jīng)過光電門的速度。2.實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新

小球重力勢能的減少量等于小球下擺過程中動能的增加量。3.誤差分析與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

因空氣阻力做負(fù)功，導(dǎo)致ΔEk＜ΔEp，所以改進(jìn)方案應(yīng)從修正鋼球速度大小的角度來設(shè)計。4.本實(shí)驗(yàn)還可以從以下兩個方面創(chuàng)新 (1)利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證。 (2)利用牛頓管和頻閃照相進(jìn)行驗(yàn)證。圖5(3)下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：圖6ΔEp(×10－2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10－2J)5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點(diǎn)？請說明理由。(4)請你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議。解析(1)鋼球下落高度h，應(yīng)測量釋放時球心到鋼球在A點(diǎn)時的球心之間的豎直距離，故選B。答案(1)B

(2)1.50

1.50

(3)不同意理由見解析(4)見解析在利用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，電源的頻率為50Hz，依次打出的點(diǎn)為0，1，2，3，4…n。則：(1)如用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來驗(yàn)證，必須直接測量的物理量為__________________、_________