2021高考物理一轮复习-第5章-机械能-实验六:验证机械能守恒定律教案.doc
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1、2021高考物理一轮复习 第5章 机械能 实验六:验证机械能守恒定律教案2021高考物理一轮复习 第5章 机械能 实验六:验证机械能守恒定律教案年级:姓名:- 16 -实验六:验证机械能守恒定律 误差分析1减小测量误差:一是测下落距离时都从0点量起,一次将各打点对应下落高度测量完,二是多测几次取平均值。2误差来源:由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功,故动能的增加量Ekmv必定稍小于重力势能的减少量Epmghn,改进办法是调整器材的安装,尽可能地减小阻力。 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少摩擦阻力。2重物密度要大:重物应选用质量大、体
2、积小、密度大的材料。3一先一后:应先接通电源,让打点计时器正常工作,后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vngt来计算。考点一教材原型实验实验原理与操作2017天津卷9(2)甲如图甲所示,打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置验证机械能守恒定律。(1)对于该实验,下列操作中对减小实验误差有利的是_。A重物选用质量和密度较大的金属锤B两限位孔在同一竖直面内上下对正C精确测量出重物的质量D用手托稳重物、接通电源后,撤手释放重物(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上,按正确操作得到了一条完整的
3、纸带,由于纸带较长,图中有部分未画出,如图乙所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点,其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出,利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有_。乙AOA、AD和EG的长度B.OC、BC和CD的长度CBD、CF和EG的长度 D.AC、BD和EG的长度解析:(1)A对:验证机械能守恒定律时,为降低空气阻力的影响,重物的质量和密度要大。B对:为减小纸带与打点计时器间的摩擦,两限位孔要在同一竖直平面内上下对正。C错:验证机械能守恒定律的表达式为mghmv2,重物的质量没必要测量。D错:应用手提住纸带让重物稳定而不是用手托住重物使其稳
4、定。接通电源后,撒手释放纸带。(2)利用纸带数据,根据mghmv2即可验证机械能守恒定律。要从纸带上测出重物下落的高度并计算出对应的速度,选项A、D的条件中,下落高度与所能计算的速度不对应;选项B的条件符合要求,可以取重物下落OC时处理;选项C中,可以求出C、F点的瞬时速度,又知C、F间的距离,可以利用mvmvmgh验证机械能守恒定律。答案:(1)AB(2)BC变式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50 Hz,依次打出的点为0,1,2,3,4,n。则:(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
5、 _。(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mv和mghn,在实验误差范围内看是否相等解析:(1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒,应测出第2点到第6点的距离h26,要计算第2点和第6点的速度v2和v6,必须测出第1点到第3点之间的距离h13和第
6、5点到第7点之间的距离h57,机械能守恒的表达式为mgh26mvmv。(2)实验操作顺序为ADBCEF。答案:(1)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点的瞬时速度v2第6点的瞬时速度v6mgh26mvmv(2)ADBCEF数据处理及误差分析2016北京理综21(2)利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。(1)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速度变化量和势能变化量C速度变化量和高度变化量(2)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
7、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,得到如图乙所示的一条纸带。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Ep_,动能变化量Ek_。乙(4)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vgt计算重物速度B利用公式v计算重物速度C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
8、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图象,并做如下判断:若图象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是否正确的。解析:(1)重物下落过程中重力势能减少,动能增加,故该实验需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量在误差范围内是否相等,A项正确。(2)电磁打点计时器使用的是交流电源,故要选A,需要测纸带上两点间的距离,还需要刻度尺,选B,根据mghmv20可将等式两边的质量抵消,不需要天平,故选A、B。(3)重物的重力势能变化量为EpmghB,动能的变化量Ekmvm2(4)重物重力势能的减少量略大于动能的增加
9、量,是因为重物下落过程中存在空气阻力和摩擦阻力的影响,C正确。(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阻恒定,根据mghF阻hmv20,则v22h可知,v2 h图象就是过原点的一条直线。要想通过v2 h图象的方法验证机械能是否守恒,还必须看图象的斜率是否接近2g。答案:(1)A(2)AB(3)mghBm2(4)C(5)不正确,理由见解析变式2如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。(g取9.80 m/s2)(1)选出一条清晰的纸带如图乙所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点,A、B、C为三个计数点,打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流。用分度值为1 mm
10、的刻度尺测得OA12.41 cm,OB18.90 cm,OC27.06 cm,在计数点A和B、B和C之间还各有一个点,重锤的质量为1.00 kg。甲同学根据以上数据算出:当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了_J;此时重锤的速度vB_m/s,此时重锤的动能比开始下落时增加了_J。(结果均保留三位有效数字)(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带,测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,然后以h为横轴、以v2为纵轴作出了如图丙所示的图线,图线的斜率近似等于_。A19.6B.9.8 C4.90图线未过原点O的原因是_。解析:(1)当打点计时器打
11、到B点时,重锤的重力势能减小量EpmgOB1.009.8018.90102 J1.85 J;打B点时重锤的速度vB m/s1.831 m/s,此时重锤的动能增加量Ekmv1.001.8312 J1.68 J。(2)由机械能守恒定律有mv2mgh,可得v2gh,由此可知图线的斜率近似等于重力加速度g,故B正确。由图线可知,h0时,重锤的速度不等于零,原因是该同学做实验时先释放了纸带,然后才合上打点计时器的开关。答案:(1)1.851.831.68(2)B先释放了纸带,后合上打点计时器的开关考点二实验的改进与创新实验装置的创新(2020广东省东莞市质检)某同学利用如图甲所示的气垫导轨装置验证系统机
12、械能守恒,在气垫导轨上安装了两个光电门1、2,滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连。(1)用10分度游标卡尺测量遮光条宽度d如图乙所示,遮光条宽度d _mm。(2)实验时要调整气垫导轨水平,不挂钩码和细线,接通气源,轻推滑块从轨道右端向左运动的过程中,发现遮光条通过光电门2的时间大于通过光电门1的时间。以下能够达到调整气垫导轨水平的措施是_(选填相应选项前的符号)。A调节旋钮P使轨道左端升高一些B遮光条的宽度增大一些C滑块的质量增大一些D气源的供气量增大一些(3)调整气垫导轨水平后,挂上细线和钩码进行实验,测出光电门1、2间的距离L。遮光条的宽度d,滑块和遮光条的总质量M,钩码质
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