（北京专用）2020版高考物理总复习 第六章 第5讲 实验：验证机械能守恒定律课件

第5讲实验:验证机械能守恒定律实验装置实验步骤知识梳理考点实验的注意事项与数据处理深化拓展知识梳理实验装置实验步骤1.安装仪器;2.将纸带固定在重物上,让纸带穿过打点计时器限位孔;3.用手提着纸带,让重物靠近打点计时器并处于①静止状态,然后②接通电源,松开纸带,让重物自由落下,纸带上打下一系列小点;4.从几条打下点的纸带中挑选出点迹清楚的纸带进行测量,ΔEk= m ,ΔEp=mgdn,vn=③ ;122nv112nnddT5.计算对比ΔEp与ΔEk的大小。在误差允许的范围内,自由落体过程机械能守恒。 1.如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为:带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题: (1)(多选)为完成此实验,除了所给的器材,还需要的器材有。(填入正确选项前的字母)A.米尺B.停表C.0~12V的直流电源D.0~12V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有。(写出两个原因)答案(1)AD(2)纸带与打点计时器之间有摩擦;用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差;计算势能变化时,选取的始、末两点距离过近;交流电频率不稳定等解析(1)用米尺测量纸带上各点间的距离,A正确;本实验中用打点计时器作为计时工具所以不需要停表,B错误;打点计时器使用的电源为交流电源,所以C错误,D正确。(2)此实验主要误差来源有两方面:①摩擦阻力;②测量误差。2.利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h,某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案。 A.用刻度尺测出物体下落高度h,并测出下落时间t,通过v=gt计算出瞬时速度vB.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过v= 计算出瞬时速度C.根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度,并通过h= 计算出高度hD.用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v以上方案中只有一种最合理,最合理的是。(填入上述相应的字母)2gh22vg答案D解析在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做g,只能把它当做未知的定值,所以正确方案只有D项。深化拓展考点实验的注意事项与数据处理1.注意事项(1)打点计时器要竖直: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小摩擦阻力。(2)重物密度要大:应选用质量大、体积小、密度大的重物。(3)一先一后:应先接通电源,让打点计时器正常工作后,再松开纸带让重物下落。(4)测长度,算速度:某时刻的瞬时速度的计算应用vn= ,不能用vn= 或vn=gt来计算。112nnddT2ngd2.数据处理的方法方法一:用 mv2=mgh验证时,利用起始点和第n点计算。如果在实验误差允许的条件下,mghn和 m 相等,则验证了机械能守恒定律。方法二:用 m - m =mgΔh验证时,任取两点计算(1)任取两点A、B测出hAB,算出mghAB。(2)算出 m - m 的值。12122nv122Bv122Av122Bv122Av(3)在实验误差允许的条件下,若mghAB= m - m 成立,则验证了机械能守恒定律。方法三:图像法,从纸带上选取多个点,测量每一点到初始点的高度h,并计算各点速度的平方v2,然后以 v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出 v2-h图线,若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线,则验证了机械能守恒定律。 122Bv122Av12121-1(2016北京理综,21节选)利用图1装置做“验证机械能守恒定律”实验。图1①为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的。A.动能变化量与势能变化量B.速度变化量与势能变化量C.速度变化量与高度变化量②(多选)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外,在下列器材中,还必须使用的两种器材是。A.交流电源B.刻度尺C.天平(含砝码)③实验中,先接通电源,再释放重物,得到图2所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能变化量ΔEp=,动能变化量ΔEk=。 图2④大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是。A.利用公式v=gt计算重物速度B.利用公式v= 计算重物速度2ghC.存在空气阻力和摩擦阻力的影响D.没有采用多次实验取平均值的方法⑤某同学想用下述方法研究机械能是否守恒:在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘v2-h图像,并做如下判断:若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。答案①A②AB③-mghB m ④C⑤见解析1222CAhhT解析①重物的机械能指它的动能和重力势能,所以机械能是否守恒要看动能和重力势能变化量是否相等,所以选A项。②因为电磁打点计时器用6V以下交流电源,所以A项器材需要;实验中需要用刻度尺测纸带上点间距离,所以B项器材需要;因为动能变化、重力势能变化都是对同一重物而言的,所以不需要测它的质量,故C项不需要。③从打O点到打B点的过程中重物的重力势能在减少,所以ΔEp=-mghB,再由 = 得打B点时重物的速度为vB= ,故动能变化量为ΔEk= m -02tvv2CAhhT122Bv= m 。④因为做实验时存在空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦阻力,故重物下落过程不是自由落体运动,所以|ΔEp|ΔEk,所以C项正确。1222CAhhT⑤该同学的判断依据不正确。在重物下落h的过程中,若阻力f恒定,根据mgh-fh= mv2-0⇒v2=2(g- )h可知,v2-h图像就是过原点的一条直线。要想通过v2-h图像的方法验证机械能是否守恒,还必须看图像的斜率是否接近2g。12fm1-2(2017东城期末)某同学用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。 图1(1)他进行了如下操作,其中没有必要进行的步骤是,操作不当的步骤是。A.按照图示的装置安装器材B.将打点计时器接到学生电源的“直流输出”上C.用天平测出重锤的质量D.先接通电源,后释放纸带(2)安装好实验装置,正确进行实验操作。从打出的纸带中选出符合要求的纸带,如图2所示。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。设重锤质量为m,当地重力加速度为g,打点计时器打点周期为T。为了验证此实验过程中机械能是否守恒,需要计算出从打点O到打点B的过程中,重锤重力势能的减少量ΔEp=,动能的增加量ΔEk=(用题中所给字母表示)。 图2(3)实验结果显示,重锤重力势能的减少量大于动能的增加量,关于这个误差下列说法正确的是。A.该误差属于偶然误差,主要由于存在空气阻力和摩擦阻力引起的B.该误差属于偶然误差,主要由于没有采用多次实验取平均值的方法造成的C.该误差属于系统误差,主要由于存在空气阻力和摩擦阻力引起的D.该误差属于系统误差,主要由于没有采用多次实验取平均值的方法造成的答案(1)CB(2)mghB m( )2(3)C122CAhhT解析(1)由机械能守恒守恒定律有mgh= mv2,可知质量m可以约去,所以不需要用天平测量重锤质量,没有必要进行的步骤是C;打点计时器使用的是交流电源,操作不当的步骤是B。(2)重力势能的减少量ΔEp=mghB,动能的增加量ΔEk= m = m ;(3)造成重锤重力势能的减少量大于动能的增加量的原因主要是由于存在空气阻力和摩擦阻力,这种误差属于系统误差,故选C。12122Bv1222CAhhT