实验六 验证机械能守恒定律

实验六验证机械能守恒定律结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律。二、实验器材铁架台(含铁夹)，，学生电源，纸带，复写纸，导线，___________，(带纸带夹)。打点计时器毫米刻度尺重物结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律考点一实验原理与操作[典例1]在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50Hz，依次打出的点为0,1,2,3,4…n。则：图实­6­1结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为____________________________、_____________________________、_____________________________，必须计算出的物理量为______________________、_____________________，验证的表达式为_______________________。第2点到第6点之间的距离h26第1点到第3点之间的距离h13第5点到第7点之间的距离h57第2点第6点的瞬时速度v6mgh26＝12mv62－12mv22的瞬时速度v2实验原理的理解1.两种验证方法1利用起始点和第n点计算。代入ghn和12vn2，如果在实验误差允许的条件下，ghn＝12vn2，则机械能守恒定律是正确的。①任取两点A、B，测出hAB，算出ghAB。2任取两点计算②算出12vB2－12vA2的值。③在实验误差允许的条件下，如果ghAB＝12vB2－12vA2，则机械能守恒定律是正确的。2.不需要测量重物质量m。结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是___________(填写步骤前面的字母)。A．将打点计时器竖直安装在铁架台上B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落C．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带E．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1，h2，h3…hn，计算出对应的瞬时速度v1，v2，v3…vnF．分别算出12mvn2和mghn，在实验误差范围内看是否相等ADBCEF实验操作步骤安装→穿纸带→打纸带→处理数据。结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律[题组突破]1．用如图实­6­2所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种。重物从高处由静止开始下落，重物上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即能验证机械能守恒定律。下面列举了该实验的几个操作步骤：图实62结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律A．按照图示的装置安装器材；B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；C．用天平测量出重物的质量；D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的横线上，并说明其原因：__________。解析结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律2．(2015·广安高三联考)(1)在利用重锤做自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，有关重锤的质量，下列说法正确的是()A．应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力B．应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动C．不需要称量重锤的质量D．必须称量重锤的质量结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律(2)在该实验中，选定了一条较为理想的纸带，如图实­6­3所示，“0”为起始点，以后纸带上所打的各点依次记为1、2、3……，测得的x1、x2、x3……是重锤从开始运动到各时刻的位移。已知打点计时器的打点周期为T，重锤质量为m，重力加速度为g，则当打点计时器打点“4”时，重锤动能的表达式为_________；从“0”点到“4”点的过程中重锤重力势能的减少量表达式为___________。图实63解析结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律考点二数据处理与误差分析[典例2](2015·孝感高三冲刺卷)用如图实­6­4甲实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打下的点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示。已知m1＝50g、m2＝150g，则(计算结果保留两位有效数字)图实64结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律(1)在纸带上打下计数点5时的速度v＝________m/s。(2)在计数点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝________J。为了简化计算，设g＝9.8m/s2，则系统势能的减少量ΔEp＝________J。考查利用纸带求重物速度计算公式：v＝x1＋x22T2.40.58考查数据处理方法1系统动能的增加量ΔEk＝12m1＋m2v52。2系统重力势能的减少量ΔEp＝m2－m1gh5。3注意计算结果的有效数字要求。0.59结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律(3)实验结果显示ΔEp＞ΔEk，那么造成这一现象的主要原因是_________________________。(4)在本实验中，若某同学作出了12v2­h图像，如图丙，h为从起点量起的长度，则据此得到当地的重力加速度g＝_____m/s2。摩擦阻力造成的机械能损失9.7考查实验误差分析因空气阻力、纸带与限位孔间的阻力、滑轮轴间阻力做负功，使系统重力势能的减少量大于系统动能的增加量。利用v22­h图像处理数据由12m1＋m2v2＝m2－m1gh，12m1＋m2＝m2－m1可知，v22＝g2h。故v22­h图线的斜率k＝g2。结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律[题组突破]3．(2015·广州高三期末)验证“机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法(g＝9.8m/s2)：(1)通过验证12mv2＝mgh来验证机械能守恒定律时，对纸带上起点的要求__________；为此，所选择纸带的第一、二两点间距应接近________。结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律(2)若实验中所用重物质量m＝1kg，打点纸带如图实­6­5所示，所用电压频率为50Hz，则打点时间间隔为________，则记录B点时，重物的速度vB＝________，重物动能EkB＝________。从开始下落起至B点，重物的重力势能减少量是________，因此可得出的结论是：_________________。(结果保留两位有效数字)图实65结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律(3)根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以v22为纵轴，画出的图像应是图中的________，图线的斜率表示________。解析结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律图实664．(2016·桂林模拟)如图实­6­6所示，是验证机械能守恒定律的实验装置。物体A和B系在轻质细绳两端跨过光滑定滑轮，让A、B由静止释放。已知重力加速度为g。结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律(1)实验研究的对象是________(选填“A”或“B”或“AB”)。(2)实验中除了已知重力加速度g，还需测量的物理量是______。A．物体A和B的质量B．遮光片的宽度dC．光电门1、2间的距离hD．遮光片通过光电门1、2的时间t1、t2E．单独测量物体A下降的距离和达到的速度(3)若实验满足表达式__________，则可验证机械能守恒定律。解析结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律考点三实验的改进与创新[典例3](2015·潍坊二模)图实­6­7甲是验证机械能守恒定律的实验。小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定。将轻绳拉至水平后由静止释放。在最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间Δt，再用游标卡尺测出小圆柱的直径d，如图乙所示，重力加速度为g。则图实67实验器材的创新1利用光电门测出小圆柱通过光电门的时间Δt，利用v＝dΔt求得小圆柱经过光电门的速度。2利用不可伸长的轻绳拴一小圆柱来验证机械能守恒定律。结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律(1)小圆柱的直径d＝________cm。1.02(2)测出悬点到圆柱重心的距离l，若等式gl＝________成立，说明小圆柱下摆过程中机械能守恒。12(dΔt)2(3)若在悬点O安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力F，则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是________________(用文字和字母表示)。若等式F＝___________成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式。小圆柱的质量mmg＋md2lΔt2实验目的的创新实验验证向心力公式Fn＝mv2R的正确性。结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律图实68[题组突破]5.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05s闪光一次，如图实­6­8所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表。(当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m＝0.2kg，结果保留3位有效数字)结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律时刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝_____m/s。(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝______J，动能减少量ΔEk＝______J。(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp________ΔEk(选填“”“”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是________________。解析结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律6．(2016·烟台一模)某实验小组利用如图实­6­9所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒，装置中的气垫导轨工作时可使滑块悬浮起来，以减小滑块运动过程中的阻力。实验前已调整气垫导轨底座保持水平，实验中测量出的物理量有：钩码的质量m、滑块的质量M、滑块上遮光条由图示初始位置到光电门的距离x。图实69结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律(1)若用游标卡尺测得遮光条的宽度为d，实验时挂上钩码，将滑块从图示初始位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt，则可计算出滑块经过光电门时的速度为________。(2)要验证系统的机械能守恒，除了已经测量出的物理量外还需要已知________________。(3)本实验通过比较________和____________在实验误差允许的范围内相等(用物理量符号表示)，即可验证系统的机械能守恒。解析结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律7．(2016·青岛模拟)某实验小组利用图实­6­10甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。小钢球自由下落过程中，计时装置测出小钢球先后通过光电门A、B的时间分别为tA、tB，用小钢球通过光电门A、B的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h，当地的重力加速度为g，小钢球所受空气阻力可忽略不计。图实610结束上页下页末页首页实验六验证机械能守恒定律(1)先用游标卡尺测量钢球的直径，读数如图乙所示，钢球直径为d＝________cm。(2)要验证机械能是否守恒，只要比较________与________是否相等。(3)实验中小钢球通过光电门的平均速度________(选填“大于”或“小于”)小钢球球心通过光电门时的瞬时速度，导致动能增加量ΔEk总是稍________(选填“大于”或“小于