高考物理一輪復習要點提示 第5講 實驗 驗證機械能守恒定律課件

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1、三、實驗器材三、實驗器材鐵架臺鐵架臺(含鐵夾含鐵夾)，打點計時器，學生電源，紙帶，復寫紙，導線，打點計時器，學生電源，紙帶，復寫紙，導線，毫米刻度尺，重物毫米刻度尺，重物(帶紙帶夾帶紙帶夾)四、實驗四、實驗步驟步驟1安裝置：安裝置：按右圖將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺按右圖將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路上，接好電路2打紙帶：打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方先時器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方先接通電源，后松開紙

2、帶，讓重物帶著紙帶自由下落接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落更換紙帶重復做更換紙帶重復做3次次5次實驗次實驗六、誤差分析六、誤差分析1本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻空氣阻力、打點計時器阻力力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量做功，故動能的增加量Ek稍小于重力勢能的稍小于重力勢能的減少量減少量Ep，即，即EkEp，這屬于系統(tǒng)誤差改進的辦法是調(diào)整器材，這屬于系統(tǒng)誤差改進的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力的安裝，盡可能地減小阻力2本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬偶然誤差減小本實驗的另一個誤差來源于長度的測

3、量，屬偶然誤差減小誤差的辦法是測下落距離時都從誤差的辦法是測下落距離時都從0點量起，一次將各打點對應的下落點量起，一次將各打點對應的下落高度測量完，或者多次測量取平均值來減小誤差高度測量完，或者多次測量取平均值來減小誤差實驗原理及誤差分析實驗原理及誤差分析 例例1用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律實驗用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律實驗 所用的電源為學生電源，輸出電壓為所用的電源為學生電源，輸出電壓為6 V的交流電和直流電的交流電和直流電 兩種重錘從高處由靜止開始落下，重錘上拖著的紙帶通兩種重錘從高處由靜止開始落下，重錘上拖著的紙帶通 過打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點的痕跡進

4、行過打點計時器打出一系列的點，對紙帶上的點的痕跡進行 測量，即可驗證機械能守恒定律測量，即可驗證機械能守恒定律(1)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：按照圖示的裝置安裝器件；按照圖示的裝置安裝器件；將打點計時器接到電源的直流輸出端上；將打點計時器接到電源的直流輸出端上；用天平測量出重錘的質(zhì)量；用天平測量出重錘的質(zhì)量；釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)，打出一條紙帶；釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)，打出一條紙帶；測量打出的紙帶上某些點之間的距離測量打出的紙帶上某些點之間的距離根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落

5、過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能的動能指出其中沒有必要進行的或者操作不恰當?shù)牟襟E，并說明理由指出其中沒有必要進行的或者操作不恰當?shù)牟襟E，并說明理由(2)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值，如圖所示根的數(shù)值，如圖所示根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上打出的連續(xù)五個點據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上打出的連續(xù)五個點A、B、C、D、E，測出，測出A點距起始點點距起始點O的距離為的距離為x0，點，點A、C間的距離為間的距離為x1，點，點C，E間的距離為間的距離為x2，使用交流電的頻率為，使用交流電的頻率為f，則根據(jù)這些條件計算重錘下落的加速度，則根據(jù)這些條件計算

6、重錘下落的加速度a的的表達式：表達式：a_.(3)在驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于在驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢能總是大于重錘增加的動能，其主要原因是因為在重錘下落過程中存在著阻力的作重錘增加的動能，其主要原因是因為在重錘下落過程中存在著阻力的作用，可以通過該實驗裝置測定該阻力的大小若已知當?shù)刂亓铀俣裙?，可以通過該實驗裝置測定該阻力的大小若已知當?shù)刂亓铀俣裙J的較準確的值為認的較準確的值為g，還需要測量的物理量是，還需要測量的物理量是_試用這些物理試用這些物理量和紙帶上的測量數(shù)據(jù)表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小量和紙帶上的測量數(shù)據(jù)

7、表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小為為F_.實驗數(shù)據(jù)的處理實驗數(shù)據(jù)的處理 例例2(20122012年合肥模擬年合肥模擬)在用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗在用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中，使質(zhì)量為中，使質(zhì)量為m1.00 kg的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列的點，選取一條符合實驗要求的紙帶如圖所示一系列的點，選取一條符合實驗要求的紙帶如圖所示O為第一個點，為第一個點，A、B、C為從合適位置開始選取連續(xù)點中的三個點，已知打點計時器為從合適位置開始選取連續(xù)點中的三個點，已知打點計時器每隔每隔0.02 s打一個點，當?shù)氐闹亓铀俣葹?/p>

8、打一個點，當?shù)氐闹亓铀俣葹間9.80 m/s2，那么：，那么：(1)根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)，應取圖中根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)，應取圖中O點到點到_點來驗證機械能守點來驗證機械能守恒定律；恒定律；(2)從從O點到點到(1)問中所取的點，重物重力勢能的減少量問中所取的點，重物重力勢能的減少量Ep_J，動能增加量，動能增加量Ek_J(結(jié)果取三位有效數(shù)字結(jié)果取三位有效數(shù)字)； 答案答案(1)B(2)1.881.84(3)A例例3某同學利用如圖所示的實驗裝置驗證某同學利用如圖所示的實驗裝置驗證 機械能守恒定律弧形軌道末端水平，離地面機械能守恒定律弧形軌道末端水平，離地面 的高度為的高度為H，將鋼球從軌道的不同高

9、度，將鋼球從軌道的不同高度h處靜止處靜止 釋放，鋼球的落點距軌道末端的水平距離為釋放，鋼球的落點距軌道末端的水平距離為 x.(1)若軌道完全光滑，若軌道完全光滑，x2與與h的理論關(guān)系應滿足的理論關(guān)系應滿足x2_(用用H、h表示表示)(2)該同學經(jīng)實驗測量得到一組數(shù)據(jù)，如下表所示：該同學經(jīng)實驗測量得到一組數(shù)據(jù)，如下表所示：h(101 m)2.003.004.005.006.00 x2(101 m2)2.623.895.206.537.78請在下圖所示的坐標紙上作出請在下圖所示的坐標紙上作出x2h關(guān)系圖象關(guān)系圖象(3)對比實驗結(jié)果與理論計算得到的對比實驗結(jié)果與理論計算得到的x2h關(guān)系圖線關(guān)系圖線(

10、上圖中已畫出上圖中已畫出)，自，自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率_(填填“小于小于”或或“大于大于”)理論值理論值(4)從從x2h關(guān)系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率差十分顯著，你關(guān)系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率差十分顯著，你認為造成上述偏差的可能原因是認為造成上述偏差的可能原因是_(3)從圖中看出，同一從圖中看出，同一h下的下的x2值，理論值明顯大于實際值，而在同一值，理論值明顯大于實際值，而在同一高度高度H下的平拋運動水平射程由水平速率決定，可見實際水平速率小于下的平拋運動水平射程由水平速率決定，可見實際水平速率小于理論速率理論速率(4)由于客觀上軌道與小球間存在摩擦，機械能減小，因此會導致實由于客觀上軌道與小球間存在摩擦，機械能減小，因此會導致實際值比理論值小小球的轉(zhuǎn)動也需要能量維持，而機械能守恒中沒有考際值比理論值小小球的轉(zhuǎn)動也需要能量維持，而機械能守恒中沒有考慮重力勢能轉(zhuǎn)化成小球轉(zhuǎn)動的這一部分能量，也會導致實際速率明顯小慮重力勢能轉(zhuǎn)化成小球轉(zhuǎn)動的這一部分能量，也會導致實際速率明顯小于于“理論理論”速率速率(這一點，可能不少同學考慮不到這一點，可能不少同學考慮不到)答案答案(1)4Hh(2)見解析圖見解析圖(3)小于小于(4)摩擦、轉(zhuǎn)動摩擦、轉(zhuǎn)動(回答任一即可回答任一即可)