試驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1/44試驗(yàn)基礎(chǔ)熱點(diǎn)定位跟蹤訓(xùn)練2/44試驗(yàn)基礎(chǔ)·了解落實(shí)

夯基礎(chǔ)3/44●注意事項(xiàng)1.安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn),使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以降低摩擦阻力.2.重物應(yīng)選取質(zhì)量大、體積小、密度大材料.3.應(yīng)先接通電源,讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后,再松開紙帶讓重物下落.4.紙帶長(zhǎng)度應(yīng)選取60cm左右為宜,應(yīng)選取點(diǎn)跡清楚紙帶進(jìn)行測(cè)量.4/44●誤差分析誤差產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差測(cè)量長(zhǎng)度帶來(lái)誤差(1)測(cè)量距離時(shí)應(yīng)從計(jì)數(shù)點(diǎn)0量起，且選取計(jì)數(shù)點(diǎn)離0點(diǎn)遠(yuǎn)些(2)屢次測(cè)量取平均值系統(tǒng)誤差重物和紙帶下落過程中存在阻力(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝穩(wěn)固，并使兩限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力(2)選取質(zhì)量大、體積小物體作重物，以減小空氣阻力影響5/44熱點(diǎn)定位·重點(diǎn)透析

通熱點(diǎn)熱點(diǎn)一試驗(yàn)原理了解與誤差分析【例1】

(·內(nèi)蒙古巴市一中期末)如圖(甲)所表示,一位同學(xué)利用光電計(jì)時(shí)器等器材做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn).有一直徑為d、質(zhì)量為m金屬小球在A處由靜止釋放,下落過程中能經(jīng)過A處正下方、固定于B處光電門,測(cè)得A,B間距離為H(H?d),光電計(jì)時(shí)器統(tǒng)計(jì)下小球經(jīng)過光電門時(shí)間為t,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間.則:(1)如圖(乙)所表示,用游標(biāo)卡尺測(cè)得小球直徑d=

mm.(2)小球經(jīng)過光電門B時(shí)速度表示式為v=

.

6/44(3)屢次改變高度H,重復(fù)上述試驗(yàn),作出隨H改變圖像如圖(丙)所表示,當(dāng)圖中已知量t0,H0和重力加速度g及小球直徑d滿足表示式

時(shí),可判斷小球下落過程中機(jī)械能守恒.

(4)試驗(yàn)中發(fā)覺動(dòng)能增加量ΔEk總是稍小于重力勢(shì)能降低許ΔEp,增大下落高度后,則ΔEp-ΔEk將

(選填“增大”“減小”或“不變”).

?關(guān)鍵點(diǎn)撥?(1)小球過光電門速度用平均速度代替.(2)依據(jù)機(jī)械能守恒和小球經(jīng)過光電門速度寫出與H關(guān)系式.解析:(1)由圖可知,主尺刻度為7mm,游標(biāo)對(duì)齊刻度為5,故讀數(shù)為7mm+5×0.05mm=7.25mm.(2)已知經(jīng)過光電門時(shí)間和小球直徑,則能夠由平均速度表示經(jīng)過光電門時(shí)速度,故v=.7/44(4)因?yàn)樵撨^程中有阻力做功,而高度越高,阻力做功越多,故增大下落高度后,則ΔEp-ΔEk將增大.8/44方法技巧

使用光電門傳感器測(cè)速度,減小了因摩擦造成誤差,但會(huì)因擋光片寬度(或小物體)較大,平均速度代表瞬時(shí)速度存在較大誤差.所以,試驗(yàn)中應(yīng)使擋光片寬度適當(dāng),若直接讓小物體經(jīng)過光電門時(shí),應(yīng)選擇體積較小、質(zhì)量較大物體.9/44【教師備用】在一次試驗(yàn)驗(yàn)證課上,某同學(xué)利用自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,該同學(xué)開始試驗(yàn)時(shí)情形如圖所表示,他將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接通低壓電源后釋放紙帶.(1)請(qǐng)指出該同學(xué)在試驗(yàn)操作中存在兩處顯著錯(cuò)誤或不妥地方.①

.

②

.

解析:(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器采取是交流電源,而本試驗(yàn)中采取了直流電源;同時(shí),因?yàn)榧铀俣容^大,故紙帶應(yīng)在1米左右,且應(yīng)讓重物緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,而本試驗(yàn)中離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn),故錯(cuò)誤為①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接了直流電源;②重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn).答案:(1)①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接了直流電源②重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)10/44(2)該同學(xué)在教師指導(dǎo)下規(guī)范了試驗(yàn)操作,重新進(jìn)行試驗(yàn),得到了幾條(3～5條)打出一系列點(diǎn)紙帶,在選點(diǎn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí),有以下兩種方案,其中對(duì)選取紙帶1,2兩點(diǎn)間距離要求小于或靠近2mm是方案

(填“一”或“二”).

方案一:利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算;方案二:任取兩點(diǎn)計(jì)算.解析:(2)依據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)有h=×10×(0.02)2m=0.002m=2mm.選取點(diǎn)跡清楚且第1,2點(diǎn)間距離靠近2mm紙帶,也就是利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算,所以是方案一.答案:(2)一11/44(3)該同學(xué)最終選擇了方案一,結(jié)合圖像法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,他從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn).測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)下落高度h,并計(jì)算各點(diǎn)速度平方v2,依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出v2-h圖像,其中圖線斜率表示

.

答案:(3)重力加速度g12/44熱點(diǎn)二試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理【例2】如圖(甲)所表示是用“落體法”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律試驗(yàn)裝置.(g取9.80m/s2)(1)選出一條紙帶如圖(乙)所表示,其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下第一個(gè)點(diǎn),A,B,C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以頻率為50Hz交變電流.用分度值為1mm刻度尺測(cè)得OA=12.41cm,OB=18.90cm,OC=27.06cm,在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B,B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn),重錘質(zhì)量為1.00kg.甲同學(xué)依據(jù)以上數(shù)據(jù)算出:當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)重錘重力勢(shì)能比開始下落時(shí)降低了

J;此時(shí)重錘速度vB=

m/s,此時(shí)重錘動(dòng)能比開始下落時(shí)增加了

J.(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

13/44?關(guān)鍵點(diǎn)撥?

(1)選OB段分析,分別計(jì)算出該段重力勢(shì)能降低許和動(dòng)能增加量.答案:(1)1.851.831.6714/44(2)某同學(xué)利用他自己試驗(yàn)時(shí)打出紙帶,測(cè)量出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下第一個(gè)點(diǎn)距離h,算出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)速度v,然后以h為橫軸、以v2為縱軸作出了如圖(丙)所表示圖線.圖線斜率近似等于

.

A.19.6 B.9.8 C.4.90圖線未過原點(diǎn)O原因是

.

15/44答案:(2)B先釋放了紙帶,再合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開關(guān)16/44方法技巧

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法在用不一樣試驗(yàn)裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”試驗(yàn)中,處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)普通有以下方法(1)利用物體運(yùn)動(dòng)信息,確定某一過程中物體(或系統(tǒng))增加動(dòng)能與降低勢(shì)能數(shù)值關(guān)系驗(yàn)證.(2)由試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出某兩物理量間關(guān)系圖像,與假設(shè)機(jī)械能守恒時(shí)兩物理量間關(guān)系圖像進(jìn)行對(duì)比加以驗(yàn)證.17/44【教師備用】利用如圖(甲)試驗(yàn)裝置探究重物下落過程中動(dòng)能與重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化問題.(1)試驗(yàn)操作步驟以下,請(qǐng)將步驟B補(bǔ)充完整:A.按試驗(yàn)要求安裝好試驗(yàn)裝置;B.使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,接著先

,后

,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn);(填“放開紙帶”或“接通電源”)

C.圖(乙)為一條符合試驗(yàn)要求紙帶,O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下第一個(gè)點(diǎn),O點(diǎn)與第2點(diǎn)距離約為2mm,分別測(cè)出若干連續(xù)點(diǎn)A,B,C…與O點(diǎn)之間距離hA,hB,hC….解析:(1)先接通電源,待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后,再放開紙帶.答案:(1)接通電源放開紙帶18/4419/44答案:(2)<>=乙20/44熱點(diǎn)三試驗(yàn)創(chuàng)新與改進(jìn)21/4422/44新題體驗(yàn)1.(·福建福州質(zhì)檢)某同學(xué)利用如圖(甲)所表示裝置探究平拋運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能是否守恒.在斜槽軌道末端安裝一個(gè)光電門B,調(diào)整激光束與球心等高,斜槽末端水平.地面上依次鋪有白紙、復(fù)寫紙,讓小球從斜槽上固定位置A點(diǎn)無(wú)初速釋放,經(jīng)過光電門后落在地面復(fù)寫紙上,在白紙上留下打擊印.重復(fù)試驗(yàn)屢次,測(cè)得小球經(jīng)過光電門平均時(shí)間為2.50ms.(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.8m/s2)23/44(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)得小球直徑如圖(乙)所表示,則小球直徑為d=

mm,由此可知小球經(jīng)過光電門速度vB;

(2)試驗(yàn)測(cè)得軌道離地面高度h=0.441m,小球平均落點(diǎn)P到軌道末端正下方O點(diǎn)距離x=0.591m,則由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律解得小球平拋初速度v0=

m/s;

(3)在誤差允許范圍內(nèi),試驗(yàn)結(jié)果中小球經(jīng)過光電門速度vB與由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解平拋初速度v0滿足

關(guān)系,就能夠認(rèn)為平拋運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能是守恒.

24/44答案:(1)5.00(2)1.97(3)vB=v025/442.(·江蘇啟東中學(xué)月考)如圖(甲)所表示裝置叫做阿特伍德機(jī),是英國(guó)數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家阿特伍德創(chuàng)制一個(gè)著名力學(xué)試驗(yàn)裝置,用來(lái)研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律.某同學(xué)對(duì)該裝置加以改進(jìn)后用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,如圖(乙)所表示.26/44(1)試驗(yàn)時(shí),該同學(xué)進(jìn)行了以下步驟:①將質(zhì)量均為M(A含擋光片、B含掛鉤)重物用繩連接后,跨放在定滑輪上,處于靜止?fàn)顟B(tài),測(cè)量出

(填“A上表面”“A下表面”或“擋光片中心”)到光電門中心豎直距離h.

②在B下端掛上質(zhì)量為m物塊C,讓系統(tǒng)(重物A,B以及物塊C)中物體由靜止開始運(yùn)動(dòng),光電門統(tǒng)計(jì)擋光片擋光時(shí)間為Δt.③測(cè)出擋光片寬度d,計(jì)算相關(guān)物理量,驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.解析:(1)①將質(zhì)量均為M(A含擋光片、B含掛鉤)重物用繩連接后,跨放在定滑輪上,處于靜止?fàn)顟B(tài),測(cè)量出擋光片中心到光電門中心豎直距離h.答案:(1)擋光片中心27/44(2)假如系統(tǒng)(重物A,B以及物塊C)機(jī)械能守恒,應(yīng)滿足關(guān)系式為

.

(已知重力加速度為g).

(3)引發(fā)該試驗(yàn)系統(tǒng)誤差原因有

(寫一條即可).

(3)引發(fā)該試驗(yàn)系統(tǒng)誤差原因有:繩子有質(zhì)量,滑輪與繩子有摩擦,重物運(yùn)動(dòng)受到阻力作用.(3)繩子有質(zhì)量;滑輪與繩子有摩擦;重物運(yùn)動(dòng)受到阻力作用(回答一個(gè)即可)28/44(4)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)束后,該同學(xué)突發(fā)奇想:假如系統(tǒng)(重物A,B以及物塊C)機(jī)械能守恒,不停增大物塊C質(zhì)量m,重物B加速度a也將不停增大,那么a與m之間有怎樣定量關(guān)系?a隨m增大會(huì)趨于一個(gè)什么值?請(qǐng)你幫該同學(xué)處理:①寫出a與m之間關(guān)系式

(還要用到M和g);

②a值會(huì)趨于

.

29/44跟蹤訓(xùn)練·即時(shí)鞏固

測(cè)效果1.某同學(xué)利用豎直上拋小球頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,頻閃儀每隔0.05s閃光一次,如圖所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離,該同學(xué)經(jīng)過計(jì)算得到不一樣時(shí)刻速度以下表.(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?.8m/s2,小球質(zhì)量m=0.4kg)(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)時(shí)刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由頻閃照片上數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球速度v5=

m/s;

答案:(1)3.4830/44(2)從t2到t5時(shí)間內(nèi),重力勢(shì)能增量ΔEp=

J,動(dòng)能降低許ΔEk=

J;

(3)在誤差允許范圍內(nèi),若ΔEp與ΔEk近似相等,即可驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.由上述計(jì)算得ΔEp

ΔEk(選填“>”“<”或“=”),造成這種結(jié)果主要原因是

.

(3)由計(jì)算可得ΔEp<ΔEk,主要是因?yàn)榇嬖诳諝庾枇?答案:(2)2.492.55(3)<存在空氣阻力31/442.某活動(dòng)小組利用如圖所表示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.鋼球自由下落過程中,先后經(jīng)過光電門A,B,計(jì)時(shí)裝置測(cè)出鋼球經(jīng)過A,B時(shí)間分別為tA,tB.用鋼球經(jīng)過光電門平均速度表示鋼球球心經(jīng)過光電門瞬時(shí)速度.測(cè)出兩光電門間距離為h,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間.(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量鋼球直徑為d,要驗(yàn)證機(jī)械能守恒,只要比較

.

32/44答案:(1)D33/44(2)鋼球經(jīng)過光電門平均速度

(選填“>”或“<”)鋼球球心經(jīng)過光電門瞬時(shí)速度,由此產(chǎn)生誤差

(選填“能”或“不能”)經(jīng)過增加試驗(yàn)次數(shù)減小.

解析:(2)依據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律得鋼球經(jīng)過光電門平均速度等于這個(gè)過程中中間時(shí)刻速度,所以鋼球經(jīng)過光電門平均速度小于鋼球球心經(jīng)過光電門瞬時(shí)速度,由此產(chǎn)生誤差是系統(tǒng)誤差,不能經(jīng)過增加試驗(yàn)次數(shù)減小.答案:(1)D(2)<不能34/443.用如圖所表示試驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,重物P(含遮光片),Q用跨過輕滑輪細(xì)繩相連,現(xiàn)讓P從光電門1上側(cè)由靜止釋放,P豎直向下運(yùn)動(dòng),分別測(cè)出遮光片經(jīng)過光電門1和光電門2時(shí)間Δt1和Δt2,另測(cè)得遮光片寬度為d,兩光電門之間距離為h,已知重力加速度為g.(1)試驗(yàn)中還需要測(cè)量物理量有

(填寫物理量名稱以及表示符號(hào)).(2)寫出驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律等式為

(用以上測(cè)得物理量符號(hào)表示).(3)本試驗(yàn)還能夠測(cè)出重物Q上升加速度,其大小是

.

35/4436/44答案:(1)重物P質(zhì)量m1和重物Q質(zhì)量m237/444.(·甘肅張掖模擬)如圖所表示裝置可用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.擺錘A拴在長(zhǎng)L輕繩一端,另一端固定在O點(diǎn),在A上放一個(gè)小鐵片,現(xiàn)將擺錘拉起,使繩偏離豎直方向成θ角時(shí)由靜止開始釋放擺錘,當(dāng)其抵達(dá)最低位置時(shí),受到豎直擋板P阻擋而停頓運(yùn)動(dòng),之后鐵片將飛離擺錘而做平拋運(yùn)動(dòng).(1)為了驗(yàn)證擺錘在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒,必須求出擺錘在最低點(diǎn)速度.為了求出這一速度,試驗(yàn)中還應(yīng)該測(cè)量物理量:

.

解析:(1)鐵片在最低點(diǎn)飛出時(shí)做平拋運(yùn)動(dòng),平拋初速度即為鐵片在最低點(diǎn)速度,依據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知x=vt,y=gt2,所以要想求出平拋初速度,應(yīng)該測(cè)量鐵片碰到擋板后水平位移x和下落高度h.答案:(1)鐵片碰到擋板后鐵片水平位移x和下落高度h38/44(2)用測(cè)得物理量表示擺錘在最低點(diǎn)速度v=

.

(3)依據(jù)已知和測(cè)得物理量,寫出擺錘在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒關(guān)系式為

.

39/445.(·江蘇卷,11)某同學(xué)用如圖(甲)所表示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.一根細(xì)線系住鋼球,懸掛在鐵架臺(tái)上,鋼球靜止于A點(diǎn),光電門固定在A正下方.在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d遮光條.將鋼球拉至不一樣位置由靜止釋放,遮光條經(jīng)過光電門擋光時(shí)間t可由計(jì)時(shí)器測(cè)出,取v=作為鋼球經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)速度.統(tǒng)計(jì)鋼球每次下落高度h和計(jì)時(shí)器示數(shù)t,計(jì)算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和A點(diǎn)之間勢(shì)能改變大小ΔEp與動(dòng)能改變大小ΔEk,就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒.40/44(1)用ΔEp=mgh計(jì)算鋼球重力勢(shì)能改變大小,式中鋼球下落高度h應(yīng)測(cè)量釋放時(shí)鋼球球心到

之間豎直距離.

A.鋼球在A點(diǎn)時(shí)頂端 B.鋼球在A點(diǎn)時(shí)球心C.鋼球在A點(diǎn)時(shí)底端解析:(1)鋼球下落高度為初末位