2022年高三物理“機械能”第8課時 (實驗、探究)驗證機械能守恒定律

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1、2022年高三物理“機械能”第8課時 (實驗、探究)驗證機械能守恒定律 【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?shù)狞c為基準點，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，對紙帶的點痕進行測量，即可驗證機械能守恒定律. （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. 其中沒有必要進行的或者操作不當?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?shù)刂亓铀俣裙J的較準確的值為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?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），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 標系中找到對應(yīng)的坐標點，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械能守恒?(說明理由) _________________________________________________ ___________________________________________________ 5、在用打點計時器驗證機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?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)習反思】