资源描述
实验要点梳理,课堂互动探究,课时达标训练,3.8,试验：验证机械能守恒定律,1/39,试验目标,1.,会用打点计时器打下纸带计算物体运动速度。,2.,掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律原理和方法。,试验原理,让物体自由下落，忽略阻力情况下物体机械能守恒，有两种方案验证物体机械能守恒：,mgh,2/39,试验器材,铁架台,(,带铁夹,),、,_,、重锤,(,带纸带夹子,),、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、,_,。,mgh,电磁打点计时器,低压交流电源,3/39,试验过程,一、试验步骤,1.,安装置：,按图将检验、调整好打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。,4/39,2.,打纸带,：将纸带一端用夹子固定在重物上；另一端穿过打点计时器限位孔，用手提着纸带使重物静止在,_,打点计时器地方。先,_,，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做,3,5,次试验。,3.,选纸带,：选取点迹较为清楚且有两点间距离约为,_,纸带，把纸带上打出两点间距离为,2 mm,第一个点作为起始点，记作,O,，在距离,O,点较远处再依次选出计数点,1,、,2,、,3,4.,测距离,：用刻度尺测出,O,点到,1,、,2,、,3,距离，即为对应下落高度,h,1,、,h,2,、,h,3,靠近,接通电源,2 mm,5/39,二、数据处理,1.,计算各点对应瞬时速度,：记下第,1,个点位置,O,，在纸带上从离,O,点适当距离开始选取几个计数点,1,、,2,、,3,并测量出各计数点到,O,点距离,h,1,、,h,2,、,h,3,再依据公式,v,n,_,，计算出,1,、,2,、,3,、,4,、,n,点瞬时速度,v,1,、,v,2,、,v,3,、,v,4,v,n,。,2.,机械能守恒验证,6/39,7/39,原点,g,8/39,误差分析,1.,在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差。,2.,重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成,_,，下落高度越大，机械能损失越多，所以试验数据出现了各计数点对应机械能依次略有减小现象。,3.,因为交流电周期不稳定，造成打点时间间隔改变而产生误差。,内能,9/39,注意事项,1.,应尽可能控制试验满足机械能守恒条件，这就要求尽可能减小各种阻力影响，采取办法有：,(1),安装打点计时器时，必须使两个限位孔中线严格竖直，以减小,_,。,(2),应选取质量和密度较,_,重物，增大重力可使阻力影响相对,_,，增大密度能够减小体积，使空气阻力减小。,摩擦阻力,大,减小,10/39,2.,纸带选取：,11/39,试验原理与操作,精典示例,例,1,如图,1,为验证机械能守恒定律试验装置示意图。现有器材为：带铁夹铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹重锤。回答以下问题：,图,1,12/39,(1),为完成此试验，除了所给器材外，还需要器材有,_,。,(,填入正确选项前字母,),A.,米尺,B.,秒表,C.0,12 V,直流电源,D.0,12 V,交流电源,(2),下面列举了该试验几个操作步骤：,A.,按照图示装置安装器材,B.,将打点计时器接到电源,“,直流输出,”,上,C.,先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带,D.,测量纸带上一些点间距离,E.,依据测量结果计算重锤下落过程中降低重力势能是否等于增加动能,其中操作不妥步骤是,_,。,13/39,(3),试验中误差产生原因有,_,_(,写出两个原因,),。,(4),利用这个装置也能够测量重锤下落加速度,a,数值。依据打出纸带，选取纸带上连续五个点,A,、,B,、,C,、,D,、,E,，测出各点之间距离如图,2,所表示。使用交流电源频率为,f,，则计算重锤下落加速度表示式,a,_,。,(,用,x,1,、,x,2,、,x,3,、,x,4,及,f,表示,),图,2,14/39,15/39,16/39,试验数据处理,精典示例,例,2,某同学用图,3,甲所表示试验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器电源为交流电源，能够使用频率有,20 Hz,、,30 Hz,和,40 Hz,，打出纸带一部分如图乙所表示。该同学在试验中没有统计交流电频率,f,，需要用试验数据和其它条件进行推算。,图,3,17/39,(1),若从打出纸带可判定重物匀加速下落，利用,f,和图乙中给出物理量能够写出：在打点计时器打出,B,点时，重物下落速度大小为,_,，打出,C,点时重物下落速度大小为,_,，重物下落加速度大小为,_,。,(2),已测得,s,1,8.89 cm,，,s,2,9.50 cm,，,s,3,10.10 cm,；当地重力加速度大小为,9.80 m/s,2,，试验中重物受到平均阻力大小约为其重力,1%,。由此推算出,f,为,_Hz,。,18/39,19/39,1.,甲同学准备做,“,验证机械能守恒定律,”,试验，乙同学准备做,“,探究加速度与力、质量关系,”,试验。,(1),图,4,中,A,、,B,、,C,、,D,、,E,表示部分试验器材，甲同学需在图中选取器材有,_,；乙同学需在图中选取器材有,_,。,(,用字母表示,),图,4,20/39,(2),乙同学在试验室选齐所需器材后，经正确操作取得如图,5,所表示两条纸带,和,。纸带,_(,选填,“”,或,“”,),加速度大，其加速度大小为,_,。,图,5,答案,(1)A,、,B,B,、,D,、,E,(2),2.50 m/s,2,(2.48,2.52 m/s,2,均可,),21/39,2.,在,“,验证机械能守恒定律,”,试验中：,(1),从以下器材中选出试验所必须，其编号为,_,。,A.,打点计时器,(,包含纸带,)B.,重锤,C.,天平,D.,毫米刻度尺,E.,秒表,(,或停表,)F.,运动小车,22/39,(2),进行试验时，为确保重物下落时初速度为零，应,_,。,A.,先接通电源，再释放纸带,B.,先释放纸带，再接通电源,(3),以下说法中正确是,_,。,A.,试验中用打点计时器时，一定用到低压直流电源,B.,选取重物时，一样大小、形状重物应选重一点比很好,C.,要选取第,1,、,2,两点距离靠近,2 mm,纸带,D.,试验结果总是动能增加量略小于重力势能降低许,23/39,24/39,答案,(1)ABD,(2)A,(3)BCD,25/39,3.,(,郑州高一检测,),如图,6,是利用重物自由下落验证机械能守恒定律试验装置。,图,6,(1),在验证机械能守恒定律试验中，没有必要进行操作是,_,。,A.,用天平测重物质量,B.,用秒表测重物下落时间,C.,用打点计时器统计重物下落信息,D.,用纸带统计测量重物下落高度,26/39,(2),该试验所用打点计时器电源频率为,50 Hz,，如图,7,所表示，,A,、,B,、,C,为纸带中选取三个计数点，每两个计数点之间还有,4,个点未画出，则每两个计数点之间时间间隔,T,_s,，打点计时器在打下计数点,B,时，物体下落速度为,v,B,_m/s,。,(,小数点后保留两位小数,),图,7,(3),因为该试验中存在阻力做功，所以试验测得重物重力势能降低许,_(,选填,“,”“,”,或,“,”,),动能增加量。,27/39,28/39,(3),因为纸带经过时受到较大阻力和重物受到空气阻力，重力势能有相当一部分转化为摩擦产生内能，所以重力势能降低许显著大于动能增加量。,答案,(1)AB,(2)0.1,2.36,(3),29/39,4.,某同学做验证机械能守恒定律试验时，不慎将一条挑选出纸带一部分损坏，损坏是前端部分。剩下一段纸带上各相邻点间距离已测出标在图,8,中，单位是,cm,。打点计时器工作频率为,50 Hz,，重力加速度,g,取,9.8 m/s,2,，重物质量为,m,。,图,8,(1),重物在,2,点时速度,v,2,_,，在,5,点时速度,v,5,_,，此过程中动能增加量,E,k,_,，重力势能降低许,E,p,_,。由以上可得出试验结论：,_,。,30/39,(2),依据试验判断以下图象正确是,(,其中,E,k,表示重物动能改变量，,h,表示重物下落高度,)(,),31/39,32/39,(2),重物机械能守恒，应有重物降低重力势能转化为增加动能，即,E,k,mg,h,，可见重物增加动能与下落距离成正比，选项,C,正确。,答案,(1)1.50 m/s,2.075 m/s,1.03,m,J,1.06,m,J,在误差允许范围内，机械能守恒,(2)C,33/39,5.,(,青岛高一检测,),利用如图,9,所表示试验装置来验证机械能守恒定律。经过电磁铁控制小铁球从,A,点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门,B,时，毫秒计时器,(,图中未画出,),统计下小铁球挡光时间,t,。试验前调整光电门位置，使小球下落过程中，小铁球球心垂直细激光束经过光电门，当地重力加速度为,g,。,图,9,34/39,(1),为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，还需要测量物理量是,_,。,A.,A,点距地面高度,H,B.,A,、,B,之间距离,h,C.,小铁球从,A,到,B,下落时间,t,AB,D.,小铁球直径,d,(2),小铁球经过光电门时瞬时速度,v,_,；要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式,_,是否成马上可,(,用试验中测得物理量符号表示,),。,35/39,36/39,6.,现利用如图,10,所表示装置验证机械能守恒定律。图中,AB,是固定光滑斜面，斜面倾角为,30,，,1,和,2,是固定在斜面上适当位置两个光电门，与它们连接光电计时器都没有画出。让滑块从斜面顶端滑下，光电门,1,、,2,各自连接光电计时器显示挡光时间分别为,5.00,10,2,s,、,2.00,10,2,s,。已知滑块质量为,2.00 kg,，滑块沿斜面方向长度为,5.00 cm,，光电门,1,和,2,之间距离为,0.54 m,，,g,取,9.80 m/s,2,，取滑块经过光电门时速度为其平均速度。,37/39,(1),滑块经过光电门,1,时速度,v,1,_m/s,，经过光电门,2,时速度,v,2,_m/s,。,(2),滑块经过光电门,1,、,2,之间动能增加量为,_J,，重力势能降低许为,_J,。,图,10,38/39,答案,(1)1.00,2.50,(2)5.25,5.29,39/39,
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