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1、2022年高三物理“機(jī)械能”第8課時 (實驗、探究)驗證機(jī)械能守恒定律
【基礎(chǔ)知識梳理】
一、實驗?zāi)康模?
利用__________運動驗證只有重力作用下的物體的機(jī)械能守恒。
二、實驗原理:
1、若某一時刻物體下落的瞬時速度為v,下落高度為h,則重力勢能減少量為__________,動能的增加量為___________,借助打點計時器,測出重物某時刻的下落高度h和該時刻的瞬時速度v,看它們在實驗_______允許范圍內(nèi)是否相等,若相等則驗證了機(jī)械能守恒定律, 實驗裝置如圖所示。
2、計算第n點的瞬時速度的方法是:測出第n點的相鄰前、后兩段相等時間T內(nèi)下落的距離s n和s n+1,由公
2、式v n=___________或____________
三、實驗器材:鐵架臺(帶鐵夾),_____________,學(xué)生電源,導(dǎo)線,帶鐵夾的重錘,紙帶,________。
四、實驗步驟:
1.安裝置:按如圖裝置把打點計時器安裝在鐵架臺上,用導(dǎo)線把打點計時器與學(xué)生電源連接好。
2.打紙帶:把紙帶的一端在重錘上用夾子固定好,另一端穿過計時器限位孔;豎直提起紙帶使重錘??吭诖螯c計時器附近,先接通電源,后松開紙帶,讓重錘帶著紙帶自由下落;重復(fù)幾次,得到3~5條打好點的紙帶。
3.選紙帶:分兩種情況說明 (1)用驗證時,應(yīng)選點跡清晰,且1、2兩點間距離小于或
3、接近_____的紙帶,若1、2兩點間距離大于它,這是由于先釋放紙帶,后接通電源造成的,這樣,第1個點就不是運動的起始點了,這樣的紙帶不能選。
(2)用驗證時,由于重力勢能的相對性,處理紙帶時,選擇適當(dāng)?shù)狞c為基準(zhǔn)點,這樣紙帶上打出的第1、2兩點間的距離是否為______就無關(guān)緊要,只要后面的點跡清晰就可選用。
4、求速度(見原理)
5、驗守恒
【典型例題】
例1、( xx·南通模擬)用如原理圖所示的實驗裝置驗證機(jī)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.重錘從高處由靜止開始下落,重錘上拖著的紙帶打出一
4、系列的點,對紙帶的點痕進(jìn)行測量,即可驗證機(jī)械能守恒定律.
(1)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件; B.將打點計時器接到電源的“直流輸出”上;
C.用天平測出重錘的質(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.測量紙帶上某些點間的距離; F.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的動能.
其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E,將其前的字母填在下面的空行內(nèi),并說明其原因.
答:____________________________________________________
5、_____________________________
_____________________________________________________________________________________
(2)在做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗時,實驗小組A不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分損壞了,剩下的一部分紙帶上各點間的距離如下左圖所示的數(shù)值。
①紙帶上______端(“左”或“右”)與重物相連。
②已知打點計時器的周期為T=0.02s,重力加速度g=9.8 m/s2;重錘的質(zhì)量為m,已知S1=0.98cm, S2=1.42cm, S3=1.78cm,則記
6、錄B點時重錘的動能EKB= J(寫計算式用字母表示),記錄C點時重錘的動能EKC=0.32m J;重錘從B點到C點重力勢能變化量是 J,動能變化量是 J.從而可以得出結(jié)論: .
(3)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值.如圖實四-4所示,根據(jù)打出的紙帶,選取紙帶上的連續(xù)的五個點A、B、C、D、E,測出A距起始點O的距離為x0,點AC間的距離為x1,點CE間的距離為x2,使用交流電的頻率為f,根據(jù)這些條件計算
7、重錘下落的加速度a=________ .
(4)在驗證機(jī)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動能的增加,其原因主要是因為在重錘下落的過程中存在阻力作用,可以通過該實驗裝置測阻力的大小.若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣裙J(rèn)的較準(zhǔn)確的值為g,還需要測量的物理量是________.試用這些物理量和紙帶上的數(shù)據(jù)表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小F=__________________.
例2、(實驗創(chuàng)新)某同學(xué)利用如圖實四-6所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律.弧形軌道末端水平,離地面的高度為H.將鋼球從軌道的不同高度h處由靜止釋放,鋼球的落點距軌道末端的水平距離為x.(1)若軌道完
8、全光滑,x2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足x2=__________.(用H、h表示)
(2)該同學(xué)經(jīng)實驗測量得到一組數(shù)據(jù).如表所示:請在圖實四-7所示的坐標(biāo)紙上作出x2-h關(guān)系圖.
(3)對比實驗結(jié)果與理論計算得到的x2-h關(guān)系圖線(圖中已畫出).自同一高度靜止釋放的鋼球,水平拋出的速率___________(選填“小于”或“大于”)理論值.
(4)造成上述偏差的可能原因是_______________________
_____________________________________________________
【
9、課后鞏固】
1、在利用重錘和打點計時器做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中,下列各項描述正確的有
A.必須選用第1、2兩點相距約2 mm的紙帶,才能完成該驗證實驗
B.需要測量的數(shù)據(jù)是紙帶上起點O到各個計數(shù)點的高度
C.必須要測量重錘的質(zhì)量
D.必須測量重錘下落的時間
E.需要把打點計時器兩限位孔盡量調(diào)到同一豎直線上
F.利用紙帶測量出O點到各計數(shù)點重力勢能的減小,總是略大于測算出的動能的增加,屬于系統(tǒng)誤差
2、在用“用打點計時器驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中,質(zhì)量m=1.00kg的重物拖著紙帶豎直下落,打點計時器在紙帶上打下一系列的點,如圖,
相鄰計數(shù)點時間間隔為0.04s,
10、P為紙帶運動的起點,從打P到打下B過程中物體重力勢能的ΔEP= J,在此過程中物體動能的增加量ΔEK= J(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.8 m/s2,答案保留三位有效數(shù)字)。用v表示各計數(shù)點的速度,h表示各計數(shù)點到P點的距離,以v2/2為縱軸,以h為橫軸,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的v2/2- h圖線,若斜率等于某個物理量的數(shù)值時,說明重物下落過程中機(jī)械能守恒,該物理量是 。
3、光電計時器是物理實驗中經(jīng)常用到的一種精密計時儀器,它由光電門和計時器兩部分組成,光電門的一臂的內(nèi)側(cè)附有發(fā)光裝置(發(fā)射激光的
11、裝置是激光二極管,發(fā)出的光束很細(xì)),如圖實四-5中的A和A′,另一臂的內(nèi)側(cè)附有接收激光的裝置,如圖中的B和B′,當(dāng)物體在它們之間通過時,二極管發(fā)出的激光被物體擋住,接收裝置不能接收到激光信號,同時計時器就開始計時,直到擋光結(jié)束光電計時器停止計時,故此裝置能精確地記錄物體通過光電門所用的時間.現(xiàn)有一小球從兩光電門的正上方開始自由下落,如圖所示.
(1)若要用這套裝置來驗證機(jī)械能守恒定律,則要測量的物理量有___________________________
____________________________________________(每個物理量均用文字和字母表示,如高度H)
12、(2)驗證機(jī)械能守恒定律的關(guān)系式為___________________________________ .
4、某同學(xué)在應(yīng)用打點計時器做“驗證機(jī)械能守恒定律”實驗中,獲取了一條紙帶如圖實四-9所示,但測量發(fā)現(xiàn)0、1兩點間距離遠(yuǎn)大于2 mm,且0、1和1、2間有點漏打或沒有顯示出來,而其他點都是清晰完整的,現(xiàn)在該同學(xué)用刻度尺分別量出2、3、4、5、6、7六個點到0點的長度hi(i=2,3,…,7),再分別計算得到3、4、5、6四個點的速度vi和v2i(i=3,4,5,6),已知打點計時器打點周期為T.
(1)該同學(xué)求6號點的速度計算式是v6=__
13、____________.
(2)該同學(xué)將計算得到的四組(hi,v2i)數(shù)據(jù)在v2-h坐
標(biāo)系中找到對應(yīng)的坐標(biāo)點,將四個點連接起來得到如
圖實四-10所示的直線,請你回答:接下來他是否能夠
判斷重物下落過程機(jī)械能守恒?(說明理由)
_________________________________________________
___________________________________________________
5、在用打點計時器驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中,使質(zhì)量為m=1.00 kg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
14、圖實四-8所示.O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.已知打點計時器每隔 0.02 s打一個點,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間=9.80 m/s2,那么:
(1)根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù),應(yīng)取圖中O點到___________點來驗證機(jī)械能守恒定律;
(2)從O點到(1)問中所取的點,重物重力勢能的減少量ΔEp=______________________J,動能增加量ΔEk=__________________________________J(結(jié)果取三位有效數(shù)字);
(3)若測出紙帶上所有各點到O點之間的距離,根據(jù)紙帶算出各點的速度v及物體下落的高度h,則以 為縱軸,以h為橫軸畫出的圖象是下圖中的________________.
【學(xué)習(xí)反思】