試驗六驗證機械能守恒定律1/44試驗基礎熱點定位跟蹤訓練2/44試驗基礎·了解落實

夯基礎3/44●注意事項1.安裝打點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)以降低摩擦阻力.2.重物應選取質量大、體積小、密度大材料.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.紙帶長度應選取60cm左右為宜,應選取點跡清楚紙帶進行測量.4/44●誤差分析誤差產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差測量長度帶來誤差(1)測量距離時應從計數(shù)點0量起，且選取計數(shù)點離0點遠些(2)屢次測量取平均值系統(tǒng)誤差重物和紙帶下落過程中存在阻力(1)打點計時器安裝穩(wěn)固，并使兩限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力(2)選取質量大、體積小物體作重物，以減小空氣阻力影響5/44熱點定位·重點透析

通熱點熱點一試驗原理了解與誤差分析【例1】

(·內(nèi)蒙古巴市一中期末)如圖(甲)所表示,一位同學利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”試驗.有一直徑為d、質量為m金屬小球在A處由靜止釋放,下落過程中能經(jīng)過A處正下方、固定于B處光電門,測得A,B間距離為H(H?d),光電計時器統(tǒng)計下小球經(jīng)過光電門時間為t,當?shù)刂亓铀俣葹間.則:(1)如圖(乙)所表示,用游標卡尺測得小球直徑d=

mm.(2)小球經(jīng)過光電門B時速度表示式為v=

.

6/44(3)屢次改變高度H,重復上述試驗,作出隨H改變圖像如圖(丙)所表示,當圖中已知量t0,H0和重力加速度g及小球直徑d滿足表示式

時,可判斷小球下落過程中機械能守恒.

(4)試驗中發(fā)覺動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能降低許ΔEp,增大下落高度后,則ΔEp-ΔEk將

(選填“增大”“減小”或“不變”).

?關鍵點撥?(1)小球過光電門速度用平均速度代替.(2)依據(jù)機械能守恒和小球經(jīng)過光電門速度寫出與H關系式.解析:(1)由圖可知,主尺刻度為7mm,游標對齊刻度為5,故讀數(shù)為7mm+5×0.05mm=7.25mm.(2)已知經(jīng)過光電門時間和小球直徑,則能夠由平均速度表示經(jīng)過光電門時速度,故v=.7/44(4)因為該過程中有阻力做功,而高度越高,阻力做功越多,故增大下落高度后,則ΔEp-ΔEk將增大.8/44方法技巧

使用光電門傳感器測速度,減小了因摩擦造成誤差,但會因擋光片寬度(或小物體)較大,平均速度代表瞬時速度存在較大誤差.所以,試驗中應使擋光片寬度適當,若直接讓小物體經(jīng)過光電門時,應選擇體積較小、質量較大物體.9/44【教師備用】在一次試驗驗證課上,某同學利用自由落體運動來驗證機械能守恒定律,該同學開始試驗時情形如圖所表示,他將打點計時器接通低壓電源后釋放紙帶.(1)請指出該同學在試驗操作中存在兩處顯著錯誤或不妥地方.①

.

②

.

解析:(1)打點計時器采取是交流電源,而本試驗中采取了直流電源;同時,因為加速度較大,故紙帶應在1米左右,且應讓重物緊靠打點計時器,而本試驗中離打點計時器太遠,故錯誤為①打點計時器接了直流電源;②重物離打點計時器太遠.答案:(1)①打點計時器接了直流電源②重物離打點計時器太遠10/44(2)該同學在教師指導下規(guī)范了試驗操作,重新進行試驗,得到了幾條(3～5條)打出一系列點紙帶,在選點驗證機械能守恒時,有以下兩種方案,其中對選取紙帶1,2兩點間距離要求小于或靠近2mm是方案

(填“一”或“二”).

方案一:利用起始點和第n點計算;方案二:任取兩點計算.解析:(2)依據(jù)自由落體運動規(guī)律應有h=×10×(0.02)2m=0.002m=2mm.選取點跡清楚且第1,2點間距離靠近2mm紙帶,也就是利用起始點和第n點計算,所以是方案一.答案:(2)一11/44(3)該同學最終選擇了方案一,結合圖像法進行數(shù)據(jù)分析,他從紙帶上選取多個點.測量從第一點到其余各點下落高度h,并計算各點速度平方v2,依據(jù)試驗數(shù)據(jù)作出v2-h圖像,其中圖線斜率表示

.

答案:(3)重力加速度g12/44熱點二試驗數(shù)據(jù)處理【例2】如圖(甲)所表示是用“落體法”驗證機械能守恒定律試驗裝置.(g取9.80m/s2)(1)選出一條紙帶如圖(乙)所表示,其中O點為打點計時器打下第一個點,A,B,C為三個計數(shù)點,打點計時器通以頻率為50Hz交變電流.用分度值為1mm刻度尺測得OA=12.41cm,OB=18.90cm,OC=27.06cm,在計數(shù)點A和B,B和C之間還各有一個點,重錘質量為1.00kg.甲同學依據(jù)以上數(shù)據(jù)算出:當打點計時器打到B點時重錘重力勢能比開始下落時降低了

J;此時重錘速度vB=

m/s,此時重錘動能比開始下落時增加了

J.(結果均保留3位有效數(shù)字)

13/44?關鍵點撥?

(1)選OB段分析,分別計算出該段重力勢能降低許和動能增加量.答案:(1)1.851.831.6714/44(2)某同學利用他自己試驗時打出紙帶,測量出了各計數(shù)點到打點計時器打下第一個點距離h,算出了各計數(shù)點對應速度v,然后以h為橫軸、以v2為縱軸作出了如圖(丙)所表示圖線.圖線斜率近似等于

.

A.19.6 B.9.8 C.4.90圖線未過原點O原因是

.

15/44答案:(2)B先釋放了紙帶,再合上打點計時器開關16/44方法技巧

試驗數(shù)據(jù)處理方法在用不一樣試驗裝置做“驗證機械能守恒定律”試驗中,處理試驗數(shù)據(jù)普通有以下方法(1)利用物體運動信息,確定某一過程中物體(或系統(tǒng))增加動能與降低勢能數(shù)值關系驗證.(2)由試驗數(shù)據(jù)作出某兩物理量間關系圖像,與假設機械能守恒時兩物理量間關系圖像進行對比加以驗證.17/44【教師備用】利用如圖(甲)試驗裝置探究重物下落過程中動能與重力勢能轉化問題.(1)試驗操作步驟以下,請將步驟B補充完整:A.按試驗要求安裝好試驗裝置;B.使重物靠近打點計時器,接著先

,后

,打點計時器在紙帶上打下一系列點;(填“放開紙帶”或“接通電源”)

C.圖(乙)為一條符合試驗要求紙帶,O點為打點計時器打下第一個點,O點與第2點距離約為2mm,分別測出若干連續(xù)點A,B,C…與O點之間距離hA,hB,hC….解析:(1)先接通電源,待打點計時器工作穩(wěn)定后,再放開紙帶.答案:(1)接通電源放開紙帶18/4419/44答案:(2)<>=乙20/44熱點三試驗創(chuàng)新與改進21/4422/44新題體驗1.(·福建福州質檢)某同學利用如圖(甲)所表示裝置探究平拋運動中機械能是否守恒.在斜槽軌道末端安裝一個光電門B,調整激光束與球心等高,斜槽末端水平.地面上依次鋪有白紙、復寫紙,讓小球從斜槽上固定位置A點無初速釋放,經(jīng)過光電門后落在地面復寫紙上,在白紙上留下打擊印.重復試驗屢次,測得小球經(jīng)過光電門平均時間為2.50ms.(當?shù)刂亓铀俣萭=9.8m/s2)23/44(1)用游標卡尺測得小球直徑如圖(乙)所表示,則小球直徑為d=

mm,由此可知小球經(jīng)過光電門速度vB;

(2)試驗測得軌道離地面高度h=0.441m,小球平均落點P到軌道末端正下方O點距離x=0.591m,則由平拋運動規(guī)律解得小球平拋初速度v0=

m/s;

(3)在誤差允許范圍內(nèi),試驗結果中小球經(jīng)過光電門速度vB與由平拋運動規(guī)律求解平拋初速度v0滿足

關系,就能夠認為平拋運動過程中機械能是守恒.

24/44答案:(1)5.00(2)1.97(3)vB=v025/442.(·江蘇啟東中學月考)如圖(甲)所表示裝置叫做阿特伍德機,是英國數(shù)學家和物理學家阿特伍德創(chuàng)制一個著名力學試驗裝置,用來研究勻變速直線運動規(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)所表示.26/44(1)試驗時,該同學進行了以下步驟:①將質量均為M(A含擋光片、B含掛鉤)重物用繩連接后,跨放在定滑輪上,處于靜止狀態(tài),測量出

(填“A上表面”“A下表面”或“擋光片中心”)到光電門中心豎直距離h.

②在B下端掛上質量為m物塊C,讓系統(tǒng)(重物A,B以及物塊C)中物體由靜止開始運動,光電門統(tǒng)計擋光片擋光時間為Δt.③測出擋光片寬度d,計算相關物理量,驗證機械能守恒定律.解析:(1)①將質量均為M(A含擋光片、B含掛鉤)重物用繩連接后,跨放在定滑輪上,處于靜止狀態(tài),測量出擋光片中心到光電門中心豎直距離h.答案:(1)擋光片中心27/44(2)假如系統(tǒng)(重物A,B以及物塊C)機械能守恒,應滿足關系式為

.

(已知重力加速度為g).

(3)引發(fā)該試驗系統(tǒng)誤差原因有

(寫一條即可).

(3)引發(fā)該試驗系統(tǒng)誤差原因有:繩子有質量,滑輪與繩子有摩擦,重物運動受到阻力作用.(3)繩子有質量;滑輪與繩子有摩擦;重物運動受到阻力作用(回答一個即可)28/44(4)驗證試驗結束后,該同學突發(fā)奇想:假如系統(tǒng)(重物A,B以及物塊C)機械能守恒,不停增大物塊C質量m,重物B加速度a也將不停增大,那么a與m之間有怎樣定量關系?a隨m增大會趨于一個什么值?請你幫該同學處理:①寫出a與m之間關系式

(還要用到M和g);

②a值會趨于

.

29/44跟蹤訓練·即時鞏固

測效果1.某同學利用豎直上拋小球頻閃照片驗證機械能守恒定律,頻閃儀每隔0.05s閃光一次,如圖所標數(shù)據(jù)為實際距離,該同學經(jīng)過計算得到不一樣時刻速度以下表.(當?shù)刂亓铀俣热?.8m/s2,小球質量m=0.4kg)(結果保留3位有效數(shù)字)時刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由頻閃照片上數(shù)據(jù)計算t5時刻小球速度v5=

m/s;

答案:(1)3.4830/44(2)從t2到t5時間內(nèi),重力勢能增量ΔEp=

J,動能降低許ΔEk=

J;

(3)在誤差允許范圍內(nèi),若ΔEp與ΔEk近似相等,即可驗證了機械能守恒定律.由上述計算得ΔEp

ΔEk(選填“>”“<”或“=”),造成這種結果主要原因是

.

(3)由計算可得ΔEp<ΔEk,主要是因為存在空氣阻力.答案:(2)2.492.55(3)<存在空氣阻力31/442.某活動小組利用如圖所表示裝置驗證機械能守恒定律.鋼球自由下落過程中,先后經(jīng)過光電門A,B,計時裝置測出鋼球經(jīng)過A,B時間分別為tA,tB.用鋼球經(jīng)過光電門平均速度表示鋼球球心經(jīng)過光電門瞬時速度.測出兩光電門間距離為h,當?shù)刂亓铀俣葹間.(1)用游標卡尺測量鋼球直徑為d,要驗證機械能守恒,只要比較

.

32/44答案:(1)D33/44(2)鋼球經(jīng)過光電門平均速度

(選填“>”或“<”)鋼球球心經(jīng)過光電門瞬時速度,由此產(chǎn)生誤差

(選填“能”或“不能”)經(jīng)過增加試驗次數(shù)減小.

解析:(2)依據(jù)勻變速直線運動規(guī)律得鋼球經(jīng)過光電門平均速度等于這個過程中中間時刻速度,所以鋼球經(jīng)過光電門平均速度小于鋼球球心經(jīng)過光電門瞬時速度,由此產(chǎn)生誤差是系統(tǒng)誤差,不能經(jīng)過增加試驗次數(shù)減小.答案:(1)D(2)<不能34/443.用如圖所表示試驗裝置驗證機械能守恒定律,重物P(含遮光片),Q用跨過輕滑輪細繩相連,現(xiàn)讓P從光電門1上側由靜止釋放,P豎直向下運動,分別測出遮光片經(jīng)過光電門1和光電門2時間Δt1和Δt2,另測得遮光片寬度為d,兩光電門之間距離為h,已知重力加速度為g.(1)試驗中還需要測量物理量有

(填寫物理量名稱以及表示符號).(2)寫出驗證機械能守恒定律等式為

(用以上測得物理量符號表示).(3)本試驗還能夠測出重物Q上升加速度,其大小是

.

35/4436/44答案:(1)重物P質量m1和重物Q質量m237/444.(·甘肅張掖模擬)如圖所表示裝置可用來驗證機械能守恒定律.擺錘A拴在長L輕繩一端,另一端固定在O點,在A上放一個小鐵片,現(xiàn)將擺錘拉起,使繩偏離豎直方向成θ角時由靜止開始釋放擺錘,當其抵達最低位置時,受到豎直擋板P阻擋而停頓運動,之后鐵片將飛離擺錘而做平拋運動.(1)為了驗證擺錘在運動中機械能守恒,必須求出擺錘在最低點速度.為了求出這一速度,試驗中還應該測量物理量:

.

解析:(1)鐵片在最低點飛出時做平拋運動,平拋初速度即為鐵片在最低點速度,依據(jù)平拋運動規(guī)律可知x=vt,y=gt2,所以要想求出平拋初速度,應該測量鐵片碰到擋板后水平位移x和下落高度h.答案:(1)鐵片碰到擋板后鐵片水平位移x和下落高度h38/44(2)用測得物理量表示擺錘在最低點速度v=

.

(3)依據(jù)已知和測得物理量,寫出擺錘在運動中機械能守恒關系式為

.

39/445.(·江蘇卷,11)某同學用如圖(甲)所表示裝置驗證機械能守恒定律.一根細線系住鋼球,懸掛在鐵架臺上,鋼球靜止于A點,光電門固定在A正下方.在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d遮光條.將鋼球拉至不一樣位置由靜止釋放,遮光條經(jīng)過光電門擋光時間t可由計時器測出,取v=作為鋼球經(jīng)過A點時速度.統(tǒng)計鋼球每次下落高度h和計時器示數(shù)t,計算并比較鋼球在釋放點和A點之間勢能改變大小ΔEp與動能改變大小ΔEk,就能驗證機械能是否守恒.40/44(1)用ΔEp=mgh計算鋼球重力勢能改變大小,式中鋼球下落高度h應測量釋放時鋼球球心到

之間豎直距離.

A.鋼球在A點時頂端 B.鋼球在A點時球心C.鋼球在A點時底端解析:(1)鋼球下落高度為初末位