实验六验证机械能守恒定律 点计时器广纸带 接电源面 店、重物 MYKONGLONG
实验六 验证机械能守恒定律
基础回放·要点整合 基本实验要求) 1.实验目的 验证机械能守恒定律 2.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,说明机械能守恒,从而验证机械能守恒定律 3.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 实验器材 夹)、导线两根 MYKONGLONG
基础回放·要点整合 基本实验要求 1．实验目的 验证机械能守恒定律． 2．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，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律． 3．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．
基础回放·要点整合 4.实验步骤 打点计时器广纸带 (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 接电源夹于 (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2 重物 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 实验原理图 (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,AE2mCn, dn+1-d △Ep=mgdn,U 2T (5)计算对比AE与△E 实验内容 5.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. MYKONGLONG
4．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，ΔEk＝ 1 2 mv 2 n ， ΔEp＝mgdn，vn＝ dn＋1－dn－1 2T (5)计算对比 ΔEp与 ΔEk. 5．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． 基础回放·要点整合 实验原理图
基础回放·要点整合 ⊙规律方法总结 1.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△E=2mn2必 定稍小于重力势能的减少量AEp=mghn改进办法是调整器材的安装,尽可能地减小阻力 2.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=+1,,不能用vn=Vg4或vn=g来计算 3.验证方案 方案一:利用起点和第n点:验证ghn=2n2 方案二:任取较远两点A、B:验证ghAB28B-204 MYKONGLONG
1．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 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 ΔEk＝ 1 2 mv 2 n 必 定稍小于重力势能的减少量 ΔEp＝mghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力． 2．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＝ dn＋1－dn－1 2T ，不能用 vn＝ 2gdn或 vn＝gt 来计算． 3．验证方案 方案一：利用起点和第 n 点：验证 ghn＝ 1 2 v 2 n . 方案二：任取较远两点 A、B：验证 ghAB＝ 1 2 v 2 B － 1 2 v 2 A . 基础回放·要点整合 规律方法总结
课堂探究·考点突破 考点一对实验原理和实验步骤的考查 【例1】利用图1实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的转 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,接着先接通电源,后放开纸带,打点 计时器在纸带上打下一系列的点; C.图2为一条符合实验要求的纸带,O点为打点计时器打下的第 点 分别测出若干连续点A、B、C……与O点之间的 打点计上纸带 时器 距离h1、l2、h3… 1 重物 h 图2 图1 MYKONGLONG
考点一 对实验原理和实验步骤的考查 【例 1】 利用图 1 实验装置探究重物下落过程中动能与重力势能的转 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 2 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……. 图 图1 2 接通电源 放开纸带 课堂探究·考点突破
课堂探究·考点突破 (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 h3-h m(h3-h1) 2T,纸带从O点下落到B点的过程中,重物增加的动能为87, 减少的重力势能为mgh2 (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h时 所对应的动能E和重力势能E,建立坐标系,横轴表示h,纵轴表示Ek 和E,根据以上数据在图3中绘出图线I和图线Ⅱ已求得图线I斜率的 绝对值k1=294J/m,请计算图线Ⅱ的斜率 1.0 k2=280(273-287均可)Jm(保留3位有效数字). 110--m 重物和纸带下落过程中所受平均阻力与重物 -1.0 k1-k2 所受重力的比值为k(用k和k2表示) 图3 (4)通过对k和k2的比较分析,可得到的结论是(只要求写出一条): k2小于k,动能的增量小于重力势能的减少量 MYKONGLONG
(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 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 3 中绘出图线Ⅰ和图线Ⅱ.已求得图线Ⅰ斜率的 绝对值 k1＝2.94 J/m，请计算图线Ⅱ的斜率 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)： ____________________________________. 图3 h3－h1 2T m(h3－h1) 2 8T 2 mgh2 2.80（2.73～2.87均可） k1－k2 k1 k2小于k1，动能的增量小于重力势能的减少量 课堂探究·考点突破
课堂探究·考点突破 考点二对实验数据处理的考查 【例2】用如图4所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒.m2 从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上 的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.如图5给出的是实验中 获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个点 (图中未标出),计数点间的距离如图所示,已知m1=50g、m2=150g, 则(结果均保留两位有效数字) 23 单位:cm mIl 384021.602640 图5 图4 (1)在纸带上打下计数点5时的速度=2.4m/s MYKONGLONG
考点二 对实验数据处理的考查 【例2】 用如图4所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2 从高处由静止开始下落，m1 上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上 的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．如图 5 给出的是实验中 获取的一条纸带：0 是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有 4 个点 (图中未标出)，计数点间的距离如图所示．已知 m1＝50 g、m2＝150 g， 则(结果均保留两位有效数字) (1)在纸带上打下计数点 5 时的速度 v＝______m/s； 图4 图5 2.4 课堂探究·考点突破
课堂探究·考点突破 (2)在打下第“0”到打下第“5”点的过程中系统动能的增量AEk= 058J,系统势能的减少量AE=_060J;(取当地的重力加速 度g=10m2 (3)若某同学作出,02-h图象如图6所示,则当地的重力加速度g= 9.7 号 /(m2s2) m 1.20 图6 MYKONGLONG
(2)在打下第“0”到打下第“5”点的过程中系统动能的增量 ΔEk＝ ________ J，系统势能的减少量 ΔEp＝______J；(取当地的重力加速 度 g＝10 m/s2 ) (3)若某同学作出1 2 v 2－h 图象如图 6 所示，则当地的重力加速度 g＝ ________m/s2 . 图6 0.58 0.60 9.7 课堂探究·考点突破
课堂探究·考点突破 考点三对实验误差分析的考查 【例3】在“验证机械能守恒定律”的实验中,打点计时器所用电源频 率为50Hz,当地重力加速度的值为9.80m/s2,测得所用重物的质 量为1.0kg甲、乙、丙三位学生分别用同一装置打出三条纸带, 量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为08cm、0.19cm和 025cm,可见其中肯定有一个学生在操作上有错误 (1)错误操作是先放开纸带后接通电源 (2)若按实验要求正确地选出纸带进行测量,量得连续三点A、B、C 到第一个点O的距离如图7所示(相邻计数点时间间隔为0.02s),那 么(结果均保留两位有效数字 3.14 5.01 单位: 7.0 图7 MYKONGLONG
考点三 对实验误差分析的考查 【例 3】 在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频 率为 50 Hz，当地重力加速度的值为 9.80 m/s2，测得所用重物的质 量为 1.00 kg.甲、乙、丙三位学生分别用同一装置打出三条纸带， 量出各纸带上第 1、2 两点间的距离分别为 0.18 cm、0.19 cm 和 0.25 cm，可见其中肯定有一个学生在操作上有错误． (1)错误操作是___________________________________． (2)若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点 A、B、C 到第一个点 O 的距离如图 7 所示(相邻计数点时间间隔为 0.02 s)，那 么(结果均保留两位有效数字) 图7 先放开纸带后接通电源 课堂探究·考点突破
课堂探究·考点突破 ①纸带的左端与重物相连 ②打点计时器打下计数点B时,重物的速度UB=0.98ms ③在从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量是 △Ep=049J,此过程中重物动能的增加量是AEk=_048J ④通过计算,数值上AE>AE(填“>”“=”或“<”),这 是因为实验中存在着阻力 ⑤实验的结论是在实验误差允许范围内,重物的机械能守恒 MYKONGLONG
①纸带的________端与重物相连． ②打点计时器打下计数点 B 时，重物的速度 vB＝________. ③在从起点 O 到打下计数点 B 的过程中重物重力势能的减少量是 ΔEp＝________，此过程中重物动能的增加量是 ΔEk＝________. ④通过计算，数值上 ΔEp______ΔEk(填“>”“＝”或“<”)，这 是因为______________． ⑤实验的结论是__________________________________________． 左 0.98 m/s 0.49 J 0.48 J ＞ 实验中存在着阻力 在实验误差允许范围内，重物的机械能守恒 课堂探究·考点突破