7.9 實驗：驗證機械能守恒定律 課件（人教版必修2）

9 實驗：驗證機械能守恒定律,注意事項 1打點計時器要豎直：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)以減少摩擦阻力 2重物密度要大：重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料 3一先一后：應(yīng)先接通電源，讓打點計時器正常工作，后松開紙帶讓重物下落,誤差分析 1測量誤差：減小測量誤差的辦法，一是測下落距離時都從0點量起，一次將各打點對應(yīng)下落高度測量完，二是多測幾次取平均值,【例1】 用如圖791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(xué)生電源，輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種重物從高處由靜止開始下落，重物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行測量，即能驗證機械能守恒定律,實驗原理與操作,圖791,下面列舉了該實驗的幾個操作步驟： A按照圖示的裝置安裝器材； B將打點計時器接到電源的直流輸出端上； C用天平測量出重物的質(zhì)量； D釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶； E測量打出的紙帶上某些點之間的距離； F根據(jù)測量的結(jié)果計算重物下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能,指出其中沒有必要進行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E，將其選項對應(yīng)的字母填在下面的橫線上，并說明其原因： _. 解析 步驟B是錯誤的，應(yīng)該接到電源的交流輸出端；步驟D是錯誤的，應(yīng)該先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶；步驟C不必要，因為根據(jù)測量原理，重物的動能和勢能中都包含了質(zhì)量m，可以約去 答案 BCD 原因見解析,【例2】 某同學(xué)做“驗證機械能守恒定律”實驗時不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分破壞了，測出剩下的一段紙帶上的各個點間的距離如圖792所示已知打點計時器的工作頻率為50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.則：,數(shù)據(jù)處理及誤差分析,圖792,(1)利用這段紙帶說明重錘通過2、5兩點時機械能守恒； (2)分別說明為什么得到的結(jié)果是重力勢能的減少量稍大于重錘動能的增加量,(2)由以上處理過程可以看出，瞬時速度v2和v5的計算是準(zhǔn)確的，即Ek是準(zhǔn)確的而重錘下落過程中不可避免地要克服阻力做功，從而減少一部分能量重錘重力勢能減少量中一部分用來克服阻力做功，另一部分用來增加重錘的動能，即有EpEkW，所以總有EpEk. 答案 見解析,【例3】 利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖793所示,拓展創(chuàng)新實驗,圖793,(1)實驗步驟： 將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平 用游標(biāo)卡尺測出擋光條的寬度l9.30 mm. 由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心間的距離s_cm. 將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2. 從數(shù)字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間t1和t2. 用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m.,(2)用表示直接測量量的字母寫出下列物理量的表達式 滑塊通過光電門1和光電門2時，瞬時速度分別為v1_和v2_. 當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1_和Ek2_. 在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量Ep_(重力加速度為g) (3)如果Ep_，則可認(rèn)為驗證了機械能守恒定律,在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少量Epmgs. (3)如果在誤差允許的范圍內(nèi)EpEk2Ek1，則可認(rèn)為驗證了機械能守恒定律,1關(guān)于“驗證機械能守恒定律”的實驗中，以下說法正確的是 ( ) A實驗中摩擦是不可避免的，因此紙帶越短越好，因為紙帶越短，克服摩擦力做的功就越小，誤差就越小 B稱出重錘的質(zhì)量 C紙帶上第1、2兩點間距若不接近2 mm，則無論怎樣處理實驗數(shù)據(jù)，實驗誤差一定較大 D處理打完點的紙帶時，可以直接利用打點計時器打出的實際點跡，而不必采用“計數(shù)點”的方法,答案 D,2如圖794是用自由落體法驗證機械能守恒定律時得到的一條紙帶有關(guān)尺寸在圖中已注明我們選中n點來驗證機械能守恒定律下面舉一些計算n點速度的方法，其中正確的是 ( ),圖794,解析 vn應(yīng)表示從(n1)到(n1)間的實際速度C、D對，A、B錯 答案 CD,3圖795為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平回答下列問題：,圖795,(1)為完成此實驗，除了所給的器材，還需要的器材有_(填入正確選項前的字母) A米尺 B秒表 C012 V的直流電源 D012 V的交流電源 (2)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有_(寫出兩個原因) 解析 打點計時器需接交流電源；需要用米尺測量紙帶上打出的點之間的距離 答案 (1)AD (2)紙帶與打點計時器之間有摩擦 用米尺測量紙帶上點的位置時讀數(shù)有誤差 計算勢能變化時，選取始末兩點距離過近 交流電頻率不穩(wěn)定,4利用圖796所示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h，某班同學(xué)利用實驗得到的紙帶，設(shè)計了以下四種測量方案,圖796,以上方案中只有一種最合理，最合理的是_。(填入上述相應(yīng)的字母) 要使該實驗誤差盡量小，下述注意點正確的是_(填入下述相應(yīng)的字母) a使重錘的質(zhì)量越大越好，但懸掛時不能拉斷紙帶 b選用電火花計時器比電磁打點計時器更好，可減小阻力影響 c測長度時保持紙帶懸掛狀態(tài)，刻度尺的讀數(shù)更準(zhǔn)確 d紙帶上留下的點越大越好 e紙帶長一點更好,解析 A、B、C中用勻變速直線運動公式求v及h，這樣得到的v、h不是實驗直接測量數(shù)據(jù)，不能達到驗證機械能守恒定律的目的紙帶太長，會增大阻力 答案 D ab,5在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，所用電源的頻率為50 Hz，某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各點位置對應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖797所示，(圖中O是打點計時器打的第一個點，A、B、C、D是間隔一段所取的點，圖中單位為厘米)，根據(jù)實驗并結(jié)合紙帶回答以下問題：(g取9.8 m/s2) 圖797,(1)現(xiàn)有器材是：電磁打點計時器；低壓交流電源；紙帶；帶夾子的重物；刻度尺；天平；導(dǎo)線；鐵架臺其中該實驗不需要的器材是_； (2)實驗時，釋放紙帶與接通電源的合理順序是_； (3)實驗中，要從幾條打上點的紙帶中挑選第一、二兩點間的距離接近_mm并且點跡清晰的紙帶進行測量 (4)若重物的質(zhì)量為m kg，則重物下落到B點時，減少的重力勢能為_； (5)若重物的質(zhì)量為m kg，則重物下落到B點時，重物的動能為_； (6)由紙帶計算重物下落的加速度為_；注：(4)、(5)、(6)三題小數(shù)點后面保留兩位小數(shù),解析 (1)實驗中，不需測量重物的質(zhì)量，所以不需要的器材是天平 (2)實驗中應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶 (3)若釋放紙帶時恰好打點，紙帶上一、二兩點間的距離,答案 (1)天平 (2)先接通電源，后釋放紙帶 (3)2 (4)6.88m J (5)6.85m J (6)9.63 m/s2,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,