(江苏专版)2019年高考物理总复习 第23讲 实验五 验证机械能守恒定律讲义.pdf
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1、第第 2323 讲讲实验五实验五: :验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律考情剖析考查内容实验、探究:验证机械能守恒定律考纲要求考查年份考查详情能力要求T11实验,以16 年单摆为背景考查验证机械能是否守恒探究、推理弱项清单2。在实验原理分析上、理解并运用功能关系和动能定理及用准确的物理语言进行描述等方面的掌握不够;3。1.基本仪器是否估读掌握不准确;不理解实验原理;处理实验数据能力不强等;4.教学中强调打点计时器的纸带处理较多,对电磁打点计时器的实际操作忽视.实验储备一、实验目的验证机械能守恒定律二、实验原理通过实验,求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量,若二者相等
2、,说明机械能守恒,从而验证机械能守恒定律三、实验器材打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(附铁夹)、导线两根四、实验步骤1根据实验原理图安装仪器2将纸带固定在重物上,让纸带穿过打点计时器的限位孔3用手提着纸带,让重物靠近打点计时器并处于静止状态 ,然后接通电源,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晰的纸带进行测量,Ek错误错误! !mv错误错误! !,Epmgdn,vndn1dn1。2T5计算对比Ep与Ek。五、实验结论在误差允许的范围内,自由落体运动过程机械能守恒六、误差分析1测量误差:减小测量误差的方法,一是测下落距离时都从 0
3、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系统误差: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Ek错误错误! !mv错误错误! !必定稍小于重力势能的减少量Epmgdn,改进办法是调整器材的安装,尽可能地减小阻力七、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重物应选用质量大、体积小、密度大的材料3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错误错误! !,不能用 vn错误错误! !或 vngt来计算技能优化释难答疑的金钥匙考点 1实验原理和
4、实验操作【典型例题 1】(16 年南京模拟)利用如图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验甲(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速度变化量与势能变化量C速度变化量与高度变化量(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
5、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错误错误! !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 v 。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21.利用图甲实验装置探究重物下落过程中动
6、能与重力势能的转化问题(1)实验操作步骤如下,请将步骤B补充完整:A按实验要求安装好实验装置;B使重物靠近打点计时器,接着先 _,后_,打点计时器在纸带上打下一系列的点;C图乙为一条符合实验要求的纸带,O 点为打点计时器打下的第一点分别测出若干连续点 A、B、C与 O 点之间的距离 h1、h2、h3。甲乙(2)已知打点计时器的打点周期为 T,重物质量为 m,重力加速度为 g,结合实验中所测得的 h1、h2、h3,可得重物下落到 B 点时的速度大小为_,纸带从 O 点下落到 B 点的过程中,重物增加的动能为_,减少的重力势能为_(3)取打下 O 点时重物的重力势能为零,计算出该重物下落不同高度
7、h 时所对应的动能Ek和重力势能 Ep,建立坐标系,横轴表示 h,纵轴表示 Ek和 Ep,根据以上数据在图丙中绘出图线和图线.已求得图线斜率的绝对值 k12。94J/m,请计算图线的斜率的绝对值 k2_J/m(保留 3 位有效数字)重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物所受重力的比值为_(用 k1和 k2表示)(4) 通 过 对k1和k2的 比 较 分 析 , 可 得 到 的 结 论 是 ( 只 要 求 写 出 一条):_丙考点 2数据处理与误差分析【典型例题 2】某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律时,所用交流电源的频率为 50Hz,得到如图乙所示的纸带选取纸带上打出的连续五个点 A、B
8、、C、D、E,测出 A 点距起点 O 的距离为 s019。00cm,点 A、C 间的距离为 s18.36cm,点 C、E 间的距离为 s29。88cm,g 取 9.8m/s,测得重物的质量为 m1kg.2甲(1)下列做法正确的有()A图甲中两限位孔必须在同一竖直线上B实验前,手应提住纸带上端,使纸带竖直C实验时,先放开纸带,再接通打点计时器的电源D数据处理时,应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置(2)选取 O、C 两点为初、末位置验证机械能守恒定律,重物减少的重力势能是_J,打下 C 点时重物的速度大小是_m/s.(结果保留三位有效数字)乙(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度 v,量出下
9、落距离 s,则以错误错误! !为纵坐标、以 s为横坐标画出的图象应是下面的()( 4) 重 物 减 少 的 重 力 势 能 总 是 略 大 于 增 加 的 动 能 , 产 生 这 一 现 象 的 原 因 是_(写出一条即可)考点 3实验的改进与创新【典型例题 3】(16 年江苏高考)某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于 A 点,光电门固定在 A 的正下方,在钢球底部竖直地粘住一片宽度为 d 的遮光条将钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经过光电门的挡光时间 t 可由计时器测出,取 v错误错误! !作为钢球经过 A 点时的速度,记录钢球每次下落的高
10、度 h 和计时器示数 t,计算并比较钢球在释放点和 A 点之间的势能变化大小Ep与动能变化大小Ek,就能验证机械能是否守恒甲(1)Epmgh 计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度 h 应测量释放时的钢球球心到_之间的竖直距离A钢球在 A 点时的顶端B钢球在 A 点时的球心C钢球在 A 点时的底端(2)用Ek错误错误! !mv 计算钢球动能变化的大小,用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图乙所示,其读数为_cm。某次测量中,计时器的示数为 0.0100s,则钢球的速度为 v_m/s。2乙(3)下表为该同学的实验结果:Ep(102J)4.8929.78614.69Ek(1025。0410.1J)
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