物理五 验证机械能守恒定律.ppt

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1、实验五：验证机械能守恒定律实验五：验证机械能守恒定律01.理解验证机械能守恒定律的实验原理理解验证机械能守恒定律的实验原理2.会分析实验误差，会处理实验数据会分析实验误差，会处理实验数据3.会对探究性实验进行合理分析会对探究性实验进行合理分析 重力重力mgh3.实验器材实验器材铁铁架架台台(含含铁铁夹夹)，打打点点计计时时器器，学学生生电电源源，纸纸带带，复复写写纸纸，导线，毫米刻度尺，导线，毫米刻度尺，_(带纸带夹带纸带夹)重物重物 4.实验步骤实验步骤(1)按按图图所所示示将将检检查查、调调整整好好的的打打点点计计时器竖直固定在铁架台上，接好电路时器竖直固定在铁架台上，接好电路(2)将将纸

2、纸带带的的一一端端用用夹夹子子固固定定在在重重物物上上，另另一一端端穿穿过过打打点点计计时时器器的的限限位位孔孔用用手手提提着着纸纸带带使使重重物物静静止止在在靠靠近近打打点点计计时时器器的的地地方方先先接接通通电电源源，后后松松开开纸纸带带，让让重重物物带带着着纸纸带带自自由下落更换纸带重复做由下落更换纸带重复做35次实验次实验(3)从从已已打打出出的的纸纸带带中中，选选出出第第一一、二二点点间间的的距距离离接接近近2 mm并且点迹清晰的纸带进行测量并且点迹清晰的纸带进行测量(4)在在挑挑选选的的纸纸带带上上，记记下下第第一一点点的的位位置置O，并并在在纸纸带带上上从从任任意意点点开开始始依

3、依次次选选取取几几个个点点1、2、3、4、并并量量出出各各点点到到位位置置O的的距距离离，这这些些距距离离就就是是物物体体运运动动到到点点1、2、3、4、时时下下落落的高度的高度h1、h2、h3、h4、(5)利利用用公公式式v_分分别别求求出出物物体体在在打打下下点点2、3、4、时瞬时速度时瞬时速度v2、v3、v4、5.注意事项注意事项(1)打打点点计计时时器器要要稳稳定定地地固固定定在在铁铁架架台台上上，打打点点计计时时器器平平面与纸带限位孔调整在竖直方向，以减小摩擦阻力面与纸带限位孔调整在竖直方向，以减小摩擦阻力(2)应应选选用用质质量量和和密密度度较较大大的的重重物物，增增大大重重力力可

4、可使使阻阻力力的的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小(3)实实验验中中，需需保保持持提提纸纸带带的的手手不不动动，且且保保证证纸纸带带竖竖直直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带(4)测测下下落落高高度度时时，要要从从第第一一个个点点测测起起，并并且且各各点点对对应应的的下落高度要一次测量完下落高度要一次测量完 6.误差分析误差分析(1)实实际际上上重重物物和和纸纸带带下下落落过过程程中中要要克克服服阻阻力力(主主要要是是打打点点计计时时器器的的阻阻力力)做做功功，故故动

5、动能能的的增增加加量量必必定定稍稍小小于于势势能能的的减减少少量量，这这是是属属于于系系统统误误差差，减减少少空空气气阻阻力力影影响响产产生生的的方方法法是是：使使纸纸带带下挂的重物重力大些，且体积要小下挂的重物重力大些，且体积要小(2)打点计时器产生的误差：打点计时器产生的误差：由由于于交交变变电电流流周周期期的的变变化化，引引起起打打点点时时间间间间隔隔变变化化而而产产生误差；生误差；计计数数点点选选择择不不好好；振振动动片片振振动动不不均均匀匀；纸纸带带放放置置方方法法不不正确引起摩擦，造成实验误差；正确引起摩擦，造成实验误差；打打点点时时的的阻阻力力对对纸纸带带的的运运动动性性质质有有

6、影影响响，这这也也属属于于系系统统误差误差(3)由由于于测测长长度度带带来来的的误误差差属属偶偶然然误误差差，减减少少办办法法一一是是测测距离时都应距离时都应_，二是多测几次取平均值，二是多测几次取平均值从从O点量起点量起 实验原理与操作实验原理与操作2.实验操作步骤实验操作步骤安装安装穿纸带穿纸带打纸带打纸带处理数据处理数据3.实验注意事项实验注意事项(1)打打点点计计时时器器安安装装稳稳固固，并并使使两两限限位位孔孔在在同同一一竖竖直直线线上上，以减小摩擦阻力以减小摩擦阻力(2)实实验验中中，需需保保持持提提纸纸带带的的手手不不动动，待待接接通通电电源源，打打点点计时器工作稳定后再松开纸带

7、让重物下落计时器工作稳定后再松开纸带让重物下落(3)选选取取纸纸带带时时，本本着着点点迹迹清清晰晰，且且1、2两两点点间间距距离离接接近近2 mm的原则的原则 典典题题演演示示1(2015扬扬州州三三模模)“验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律”实实验验装装置置如如图图甲甲所所示示，某某小小组组完完成成了了一一系系列列实实验验操操作作后后，得得到到了了一一条条纸纸带带如如图图乙乙所所示示，选选取取纸纸带带上上某某个个清清晰晰的的点点标标为为O，然然后后每每两两个个打打点点取取一一个个计计数数点点，分分别别标标为为1、2、3、4、5、6，用用刻刻度度尺尺量量出出计计数数点点1、2、3、4、5、6

8、与与O点点的的距距离离分分别别为为h1、h2、h3、h4、h5、h6.甲甲乙乙(1)已已知知打打点点计计时时器器的的打打点点周周期期为为T，可可求求出出各各个个计计数数点点对对应应的的速速度度分分别别为为v1、v2、v3、v4、v5，其其中中v5的的计计算算式式为为v5_.(2)若若重重锤锤的的质质量量为为m，取取打打点点O时时重重锤锤所所在在水水平平面面为为参参考考平平面面，分分别别算算出出打打各各个个计计数数点点时时对对应应重重锤锤的的势势能能Ep和和动动能能Ek，则则打打计计数数点点3时时对对应应重重锤锤的的势势能能Ep3_；接接着着在在Eh坐坐标标系系中中描描点点作作出出如如图图丙丙所

9、所示示的的Ekh和和Eph图图线线，求求得得Eph图图线线斜斜率率的的绝绝对对值值为为k1，Ekh图图线线斜斜率率为为k2.则则k1与与k2满满足足_关关系系时时，重锤机械能守恒重锤机械能守恒mgh3k1k2 丙丙(3)关于上述实验，下列说法中正确的是关于上述实验，下列说法中正确的是_A.实验中可用干电池作为电源实验中可用干电池作为电源B.为了减小阻力的影响，重锤的密度和质量应该适当大些为了减小阻力的影响，重锤的密度和质量应该适当大些C.若纸带上打出的点被拉长为短线，应适当调高电源电压若纸带上打出的点被拉长为短线，应适当调高电源电压D.图图丙丙Ekh图图线线纵纵轴轴上上的的截截距距表表示示重重

10、锤锤经经过过参参考考平平面面时时的的动能动能(4)关关于于该该实实验验操操作作，你你还还能能提提出出哪哪些些注注意意事事项项(写写出出1条条)：_ _.BD 重锤从靠近打点计时器处释放或调节打点计时器限位重锤从靠近打点计时器处释放或调节打点计时器限位 孔在同一竖直线上孔在同一竖直线上 1.纸纸带带的的选选取取：选选用用纸纸带带时时应应尽尽量量挑挑选选第第1点点点点迹迹清清晰晰且且1、2两两点点之之间间距距离离接接近近2 mm的的纸纸带带，这这样样一一条条纸纸带带记记录录的的运运动动才接近自由落体运动才接近自由落体运动数据处理与误差分析数据处理与误差分析3.误差分析：误差分析：(1)重重物物和和

11、纸纸带带下下落落过过程程中中要要克克服服阻阻力力，主主要要是是纸纸带带与与计计时时器器之之间间的的摩摩擦擦力力计计时时器器平平面面不不在在竖竖直直方方向向，纸纸带带平平面面与与计计时时器器平平面面不不平平行行是是阻阻力力增增大大的的原原因因电电磁磁打打点点计计时时器器的的阻阻力力大大于于电电火火花花计计时时器器由由于于阻阻力力的的存存在在，重重物物动动能能的的增增加加量量稍稍小小于于势能的减少量，即势能的减少量，即Ek50 Hz，由由于于速速度度值值仍仍按按频频率率为为50 Hz计计算算，频频率率的的计计算算值值比比实实际际值值偏偏小小，周周期期值值偏偏大大，算算得得的的速速度度值值偏偏小小，

12、动动能能值值也也就就偏偏小小，使使EkEp的的误误差差进进一一步步加加大大；根根据据同同样样的的道道理理，若若f50 Hz，则则可可能出现能出现EkEp的结果的结果(3)由由于于测测长长度度带带来来的的误误差差，减减小小办办法法之之一一是是测测距距离离时时应应从从O点量起，之二是多测几次，然后取平均值点量起，之二是多测几次，然后取平均值典典题题演演示示2(2016无无锡锡一一模模)如如图图甲甲所所示示，一一位位同同学学利利用用光光电电计计时时器器等等器器材材做做“验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律”的的实实验验有有一一直直径径为为d、质质量量为为m的的金金属属小小球球由由A处处静静止止释释放

13、放，下下落落过过程程中中能能通通过过A处处正正下下方方、固固定定于于B处处的的光光电电门门，测测得得A、B间间的的距距离离为为H(Hd)，光光电电计计时时器器记记录录下下小小球球通通过过光光电电门的时间为门的时间为t，当地的重力加速度为，当地的重力加速度为g.则：则：甲甲(1)如如 图图 乙乙 所所 示示，用用 游游 标标 卡卡 尺尺 测测 得得 小小 球球 的的 直直 径径 d_mm.(2)小球经过光电门小球经过光电门B时的速度表达式为时的速度表达式为_乙乙 7.25 _.(4)实实验验中中发发现现动动能能增增加加量量Ek总总是是稍稍小小于于重重力力势势能能减减少少量量Ep，增增加加下下落落

14、高高度度后后，则则EpEk将将_(填填“增增大大”“减小减小”或或“不变不变”)丙丙 增大增大 实验的改进与创新实验的改进与创新(1)Epmgh计计算算钢钢球球重重力力势势能能变变化化的的大大小小，式式中中钢钢球球下下落高度落高度h应测量释放时的钢球球心到应测量释放时的钢球球心到_之间的竖直距离之间的竖直距离A.钢球在钢球在A点时的顶端点时的顶端B.钢球在钢球在A点时的球心点时的球心C.钢球在钢球在A点时的底端点时的底端B 1.50(1.491.51都算对都算对)1.50(1.491.51都算对都算对)1.(原原创创)小小明明用用图图甲甲的的实实验验装装置置来来“验验证证机机械械能能守守恒恒定

15、定律律”，他他按按正正确确的的实实验验步步骤骤操操作作，从从打打出出的的纸纸带带中中选选出出了了一一条条点点迹迹比比较较清清晰晰的的纸纸带带，在在纸纸带带上上舍舍去去开开始始密密集集的的点点迹迹，从从便便于于测测量量的的点点开开始始，每每隔隔一一个个打打点点间间隔隔取取一一个个计计数数点点，如如图图乙乙所所示示，分别测量出计数点分别测量出计数点1、2、3、4、5、6到计数点到计数点0的距离的距离 甲甲 乙乙 61.411.186(2)根据上表的数据作出了如图丙所示的根据上表的数据作出了如图丙所示的v2-h图线，图线，丙丙(3)由由该该图图象象可可得得出出的的结结论论是是_ _(4)由图象可求得

16、该地的重力加速度由图象可求得该地的重力加速度g_.在只有重力做功的条件下在只有重力做功的条件下物体的机械能守恒物体的机械能守恒9.62m/s2 2.(2016苏苏锡锡常常镇镇二二模模)某某实实验验小小组组用用图图甲甲所所示示装装置置研研究究系系统统在在金金属属轨轨道道上上运运动动过过程程中中机机械械能能是是否否守守恒恒：将将一一端端带带有有滑滑轮轮的的长长金金属属轨轨道道水水平平放放置置，重重物物通通过过细细绳绳水水平平牵牵引引小小车车沿沿轨轨道道运动，利用打点计时器和纸带记录小车的运动运动，利用打点计时器和纸带记录小车的运动.(1)本本实实验验中中小小车车质质量量_(填填“需需要要”或或“不

17、不需需要要”)远大于重物质量远大于重物质量甲甲 不需要不需要(2)将将小小车车靠靠近近打打点点计计时时器器，将将穿穿好好的的纸纸带带拉拉直直，接接通通电电源源，释释放放小小车车.图图乙乙是是打打出出的的一一条条清清晰晰纸纸带带，O点点是是打打下下的的第第一一个个点点，1、2、3、4、5是是连连续续的的计计数数点点，O点点和和计计数数点点1之之间间还还有有多多个个点点(图图中中未未画画出出)，相相邻邻计计数数点点间间的的时时间间间间隔隔为为0.02 s.在在打打计计数数点点4时时小小车车的的速速度度v_m/s(保保留留三三位位有有效效数数字字)若若已已知知重重物物的的质质量量为为m，小小车车的的

18、质质量量为为M，则则从从点点O到到点点4的的过过程程中中，系系统统减减少少的的重重力力势势能能为为_J，增增加加的的动动能能为为_J(取取g9.8 m/s2，数字保留两位小数，数字保留两位小数)2.305.18m2.65(mM)乙乙 3.(2016金金陵陵中中学学)利利用用图图示示实实验验装装置置探探究究重重物物下下落落过过程程中中动动能能与与重重力力势势能能的的转转化化问题问题(1)实实验验操操作作步步骤骤如如下下，请请将将步步骤骤B补补充完整：充完整：A.按实验要求安装好实验装置；按实验要求安装好实验装置；B.使使重重物物靠靠近近打打点点计计时时器器，接接着着先先_，后后_，打打点点计计时

19、时器器在在纸带上打下一系列的点；纸带上打下一系列的点；接通电源接通电源放开纸带放开纸带C.下下图图为为一一条条符符合合实实验验要要求求的的纸纸带带，O点点为为打打点点计计时时器器打打下下的的第第一一点点分分别别测测出出若若干干连连续续点点A、B、C、与与O点点之之间间的的距离距离h1、h2、h3、.mgh22.80(2.732.87均可均可)(4)通通过过对对k1和和k2的的比比较较分分析析，可可得得到到的的结结论论是是(只只要要求求写写出出一一条条)：_ _.k2小小于于k1，动动能能的的增增量量小小于于重重力力势势能能的的减减少少量量(其其他他结论合理的也可结论合理的也可)4.(2016南

20、南京京、盐盐城城一一模模)在在用用“落落体体法法”做做“验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律”的的实实验验时时小小明明选选择择一一条条较较为为满满意意的的纸纸带带，如如图图甲甲所所示示他他舍舍弃弃前前面面密密集集的的点点，以以O为为起起点点，从从A点点开开始始选选取取纸纸带带上上连连续续点点A、B、C、，测测出出O到到A、B、C、的的距距离离分分别别为为h1、h2、h3、.电源的频率为电源的频率为f.甲甲 乙乙(1)为为减减少少阻阻力力对对实实验验的的影影响响，下下列列操操作作可可行行的的是是_A.选用铁质重锤选用铁质重锤B.安装打点计时器使两限位孔在同一竖直线上安装打点计时器使两限位孔在同一

21、竖直线上C.释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直D.重锤下落中手始终提住纸带上端，保持纸带竖直重锤下落中手始终提住纸带上端，保持纸带竖直(2)打打B点时，重锤的速度点时，重锤的速度vB为为_(3)小小明明用用实实验验测测得得数数据据画画出出的的v2h图图象象如如图图乙乙所所示示图图线线不过坐标原点的原因是不过坐标原点的原因是_.ABC 打下打下O点时重锤速度不为零点时重锤速度不为零(4)另另有有四四位位同同学学在在图图乙乙的的基基础础上上，画画出出没没有有阻阻力力时时的的v2h图线，并与其比较，其中正确的是图线，并与其比较，其中正确的是_ B 5.(改改

22、编编)用用图图甲甲装装置置来来验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律：光光滑滑圆圆弧弧末末端端B与桌面边缘水平相切，实验步骤如下：与桌面边缘水平相切，实验步骤如下：甲甲 在在木木板板上上用用图图钉钉固固定定好好白白纸纸和和复复写写纸纸，然然后后按按图图安安装装好好实验装置实验装置让让小小球球从从斜斜槽槽顶顶端端静静止止释释放放，小小球球滑滑到到斜斜槽槽的的低低端端时时撞撞到木板，在白纸上留下的痕迹为到木板，在白纸上留下的痕迹为O.把把木木板板沿沿水水平平向向右右移移动动s距距离离后后再再将将其其固固定定，再再将将小小球球从从A点点静静止止释释放放，小小球球水水平平抛抛出出后后撞撞到到木木板板在在

23、白白纸纸上上留留下下痕痕迹迹为为P，并测出，并测出OP之间的高度之间的高度H1.将将木木块块向向右右移移动动到到距距离离桌桌面面边边缘缘分分别别为为2s、3s、4s远远处处固固定定，依依次次重重复复步步骤骤，计计小小球球依依次次在在白白纸纸上上留留下下的的痕痕迹迹为为Q、R、T，测出，测出OO、OR、OT的距离的距离H2、H3、H4.由实验数据作出了如图乙所示的由实验数据作出了如图乙所示的s2H图象图象乙乙(1)用用图图甲甲装装置置来来探探究究小小球球斜斜面面A点点处处运运动动到到B点点处处这这一一过过程程中中机机械械能能是是否否守守恒恒，还还需需知知道道的的物物理理量量是是_(请附上相关符号

24、请附上相关符号)(2)实实验验中中s2与与H之之间间的的关关系系为为s2_ _(说出每个物理量所表达的物理意义说出每个物理量所表达的物理意义)AB的高度的高度h 4Hh(s是是木木板板到到桌桌子子右右边边缘缘处处的的距距离离，H是是O点点到到每每次次实实验验中中小小球球在在复复写写纸纸上上留留下下轨轨迹点的竖直方向距离迹点的竖直方向距离)(3)由由图图乙乙求求得得AB斜斜面面的的高高度度为为h_ m若若小小球球的的质质量量为为0.500 kg，挡挡板板与与斜斜面面B点点的的水水平平距距离离L4.00 m时时，小小球球从从B点点运运动动到到与与挡挡板板相相碰碰时时，小小球球重重力力势势能能的的减减少少量量为为Ep_J，此此时时小小球球动动能能的的增增加加量量为为Ek_J，可可见见小小球从球从B点抛出后在下落过程中机械能点抛出后在下落过程中机械能_0.1001.961.96守恒守恒