《（新課標(biāo)）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（新課標(biāo)）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件.ppt（48頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二 實(shí)驗(yàn)原理,三 實(shí)驗(yàn)器材,基礎(chǔ)過(guò)關(guān),四 實(shí)驗(yàn)步驟,五 實(shí)驗(yàn)結(jié)論,六 誤差分析,七 注意事項(xiàng),考點(diǎn)一 實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作,考點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析,考點(diǎn)三 實(shí)驗(yàn)拓展和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,考點(diǎn)突破,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 二、實(shí)驗(yàn)原理,基礎(chǔ)過(guò)關(guān),通過(guò)實(shí)驗(yàn),求出做自由落體運(yùn)動(dòng)物體重力勢(shì)能的減少量和相應(yīng)過(guò)程動(dòng)能的增加量,若二者相等,說(shuō)明機(jī)械能守恒,從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 三、實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物(帶夾子)、刻度尺、鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、導(dǎo)線。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.安裝置:按實(shí)驗(yàn)原理圖將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上,接

2、好電路。,2.打紙帶:將紙帶的一端用夾子固定在重物上,另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方。先接通電源,后松開(kāi)紙帶,讓重物帶著紙帶自由下落。 更換紙帶重復(fù)做35次實(shí)驗(yàn)。 3.選紙帶 (1)用mgh=mv2來(lái)驗(yàn)證,應(yīng)選點(diǎn)跡清晰且1、2兩點(diǎn)間距離小于或接近 2 mm的紙帶。 (2)用m-m=mgh驗(yàn)證時(shí),只要A、B之間的點(diǎn)跡清晰即可選用。,五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論 在誤差允許的范圍內(nèi),自由落體運(yùn)動(dòng)過(guò)程機(jī)械能守恒。 六、誤差分析 1.測(cè)量誤差:減小測(cè)量誤差的方法,一是測(cè)下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起,用刻度尺一次將所打各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完,二是多測(cè)幾次取平均值。 2.系統(tǒng)誤差:

3、由于重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力做功,故動(dòng)能的增加量Ek=m必定稍小于重力勢(shì)能的減少量Ep=mghn,改進(jìn)辦法 是調(diào)整安裝的器材,盡可能地減小阻力。,七、注意事項(xiàng) 1.安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn),使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi),以減少摩擦阻力。 2.應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的重物。 3.應(yīng)先接通電源,讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后,再松開(kāi)紙帶讓重物下落。 4.測(cè)重物下落的高度h應(yīng)用刻度尺直接測(cè)量,計(jì)算某時(shí)刻的瞬時(shí)速度時(shí)應(yīng)用vn=,不能用vn=或vn=gt來(lái)計(jì)算。,考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作,考點(diǎn)突破,例1如圖所示,在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,電源的頻率為50 Hz,依次打出的點(diǎn)為0

4、、1、2、3、4n。則: (1)如用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來(lái)驗(yàn)證,必須直接測(cè)量的物理量為、,必須計(jì)算出的物理量為、,驗(yàn)證的表達(dá)式為。,(2)下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是(填寫步驟前面的字母)。 A.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺(tái)上 B.接通電源,再松開(kāi)紙帶,讓重物自由下落 C.取下紙帶,更換新紙帶重新做實(shí)驗(yàn) D.將重物固定在紙帶的一端,讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,用手提著紙帶 E.選擇一條紙帶,用刻度尺測(cè)出重物下落的高度h1、h2、h3、hn,計(jì)算出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、vn F.分別算出和ghn,在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)看是否相等,答案(1)第3點(diǎn)到第5點(diǎn)之間的距離h35第2點(diǎn)到第4點(diǎn)之

5、間的距離h24第4點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的距離h46第3點(diǎn)的瞬時(shí)速度v3第5點(diǎn)的瞬時(shí)速 度v5gh35=- (2)ADBCEF,解析(1)要用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來(lái)驗(yàn)證重物的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒,應(yīng)測(cè)出第3點(diǎn)到第5點(diǎn)之間的距離h35,必須測(cè)出第2點(diǎn)到第4點(diǎn)之間的距離h24和第4點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的距離h46,必須計(jì)算出第3點(diǎn)和第5點(diǎn)的瞬時(shí)速度v3和v5,機(jī)械能守恒的表達(dá)式為mgh35=m-m,故需驗(yàn)證的表 達(dá)式為gh35=-。 (2)實(shí)驗(yàn)操作順序?yàn)锳DBCEF。,變式1(2019湖北荊門龍泉中學(xué)聯(lián)考)如圖甲所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。現(xiàn)有的器材為:帶鐵夾的鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾

6、的重錘、天平?；卮鹣铝袉?wèn)題。,甲,(1)為完成此實(shí)驗(yàn),除了所給的器材,還需要的器材是。 A.刻度尺B.停表 C.多用電表D.交流電源 (2)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟,其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是。 A.用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量 B.按照?qǐng)D示的裝置安裝器件 C.先釋放紙帶,后接通電源 D.測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離,(3)利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度a的數(shù)值。根據(jù)打出的紙帶,選取紙帶上連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E,測(cè)出各點(diǎn)之間的距離如圖乙所示。使用的交流電的頻率為f,則計(jì)算重錘下落的加速度的表達(dá)式為a=(用x1、x2、x3、x4及f表示)。,乙,答案(1)AD(2)AC (3),解析(1)為

7、完成此實(shí)驗(yàn),除了所給的器材外,測(cè)量需要刻度尺,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要用交流電源。 (2)該實(shí)驗(yàn)不需要測(cè)量重錘的質(zhì)量;應(yīng)先接通電源,后釋放紙帶。故選A、C。 (3)由x=aT2得: a=。,考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析 例2現(xiàn)要通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌;導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶長(zhǎng)方形遮光片的滑塊,其總質(zhì)量為M,左端由跨過(guò)輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的砝碼相連;遮光片兩條長(zhǎng)邊與導(dǎo)軌垂直;導(dǎo)軌上的B點(diǎn)有一光電門,可以測(cè)量遮光片經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的擋光時(shí)間t。用d表示A點(diǎn)到導(dǎo)軌底端C點(diǎn)的距離,h表示A與C的高度差,b表示遮光片的寬度,s表示A、B兩點(diǎn)間的距離,將遮

8、光片通過(guò)光電門的平均速度看做滑塊通過(guò)B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度。用g表示重力加速度。完成下列填空和作圖:,甲 (1)若將滑塊自A點(diǎn)由靜止釋放,則在滑塊從A運(yùn)動(dòng)至B的過(guò)程中,滑塊、遮光片與砝碼組成的系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量可表示為,動(dòng)能的增加量可表示為。若在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒,與,s的關(guān)系式為= 。 (2)多次改變光電門的位置,每次均令滑塊自同一點(diǎn)(A點(diǎn))下滑,測(cè)量相應(yīng)的s與t值。結(jié)果如下表所示:,以s為橫坐標(biāo),為縱坐標(biāo),在如圖乙所示的坐標(biāo)紙中描出第1個(gè)和第 5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。根據(jù)5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作直線,求得該直線的斜率k=104 m-1s-2(保留3位有效數(shù)字)。,乙,由測(cè)得的h、d、b、M和m數(shù)值可以計(jì)算出-s直線

9、的斜率k0,將k和k0進(jìn)行比較,若其差值在實(shí)驗(yàn)允許的范圍內(nèi),則可認(rèn)為此實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。,答案(1)gs (2)描點(diǎn)畫圖見(jiàn)解析2.39,解析(1)將滑塊自A點(diǎn)由靜止釋放,則在滑塊從A運(yùn)動(dòng)至B的過(guò)程中,下落的高度設(shè)為hAB,由幾何關(guān)系得 = 可得hAB= 系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量 Ep=MghAB-mgs=-mgs=gs,動(dòng)能的增加量 Ek= 若在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒,則 gs= 解得=。 (2)描點(diǎn)畫圖如下:,由圖可知:k=104 m-1s-22.39104 m-1s-2。,變式2(2016課標(biāo),22,5分)某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源,

10、可以使用的頻率有20 Hz、 30 Hz和40 Hz。打出紙帶的一部分如圖(b)所示。,圖(a) 圖(b),該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率f,需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)行推算。 (1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落,利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出:在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí),重物下落的速度大小為 ,打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為,重物下落的加速度大小為。 (2)已測(cè)得s1=8.89 cm,s2=9.50 cm,s3=10.10 cm;當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2,實(shí)驗(yàn)中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為Hz。,答案(1)(s1+s2)f(s2+s3

11、)f(s3-s1)f2 (2)40,解析(1)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中,某一段位移的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,vB=(s1+s2)f,同理 vC=(s2+s3)f,加速度a=(s3-s1)f2。 (2)由牛頓第二定律可知:mg-0.01mg=ma 解得a=0.99g 又由(1)問(wèn)知a= 聯(lián)立得f=40 Hz。,考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)拓展和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,續(xù)表,續(xù)表,例3某同學(xué)利用透明直尺和光電計(jì)時(shí)器來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)易示意圖如下,當(dāng)有不透光的物體從光電門間通過(guò)時(shí),光電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間。,所用的光電門傳感器可測(cè)得最短時(shí)間為0.01 ms。將擋光效果好、寬度為d=3.810-3 m的黑色磁帶

12、貼在透明直尺上,從一定高度由靜止釋放,并使其豎直通過(guò)光電門。某同學(xué)測(cè)得各段黑色磁帶通過(guò)光電門的時(shí)間ti與圖中所示的高度差hi,并將部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了處理,結(jié)果如下表所示。(取g=9.8 m/s2,注:表格中M為直尺質(zhì)量),(1)從表格中數(shù)據(jù)可知,直尺上磁帶通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度是利用vi= 求出的,請(qǐng)你簡(jiǎn)要分析該同學(xué)這樣做的理由是:。 (2)請(qǐng)將表格中數(shù)據(jù)填寫完整。 (3)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是:。 (4)根據(jù)該實(shí)驗(yàn)請(qǐng)你判斷下列Ek-h圖像中正確的是。,答案(1)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度近似等于瞬時(shí)速度 (2)4.224.02M (3)在誤差范圍內(nèi)重力勢(shì)能減少量等于動(dòng)能的增加量 (4)C,解析(2)v=

13、m/s4.22 m/s,Mgh=9.80.41M4.02M。 (3)從表中數(shù)據(jù)可知,在誤差范圍內(nèi),動(dòng)能的增加量與重力勢(shì)能的減少量相等。 (4)由于Ek=Mgh,則動(dòng)能的變化與高度差成正比,C正確。,變式3(2018山東德州模擬)某同學(xué)利用豎直上拋 小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,頻閃儀每隔 0.05 s閃光一次,如圖所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離,該同學(xué)通 過(guò)計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表。(當(dāng)?shù)刂亓铀?度取9.8 m/s2,小球質(zhì)量m=0.2 kg,結(jié)果保留3位有效數(shù)字),(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5= m/s。 (2)從t2到t5時(shí)間內(nèi),重力勢(shì)能增加量Ep= J,動(dòng)能減少量Ek

14、= J。 (3)在誤差允許的范圍內(nèi),若Ep與Ek近似相等,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算得EpEk(選填“”“”或“=”),造成這種結(jié)果的主要原因是。,答案(1)3.48(2)1.241.28(3)存在空氣阻力,解析(1)v5=10-2 m/s=3.48 m/s。 (2)重力勢(shì)能的增加量Ep=mgh,代入數(shù)據(jù)可得Ep1.24 J,動(dòng)能減少量為Ek=m-m,代入數(shù)據(jù)可得Ek1.28 J。 (3)由計(jì)算可得EpEk,主要是由于存在空氣阻力。,1.(2019山西晉中祁縣中學(xué)月考)某課外活動(dòng)小組用豎直上拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 (1)某同學(xué)用20分度游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑,讀數(shù)如圖甲所示,小球的

15、直徑為mm。,(2)圖乙所示彈射裝置將小球豎直向上拋出,先后通過(guò)光電門A、B,計(jì)時(shí)裝置測(cè)出小球通過(guò)A的時(shí)間為2.5510-3 s,小球通過(guò)B的時(shí)間為5.1510-3 s,由此可知小球通過(guò)光電門A、B時(shí)的速度分別為vA、vB,其中vA=m/s。(保留兩位有效數(shù)字) (3)用刻度尺測(cè)出光電門A、B間的距離h,已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,只需比較和是否相等,就可以驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒(用題目中給出的物理量符號(hào)表示)。,答案(1)10.20(2)4.0(3)gh-,解析(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為d=10 mm+4 mm= 10.20 mm。 (2)由于小球的直徑非常小,所以小球通過(guò)光電門的平均速度近似等于其瞬

16、時(shí)速度,故有vA= m/s=4.0 m/s。 (3)如果機(jī)械能守恒,則有mgh=m-m,即gh=-,所以只需要比 較gh和-是否相等。,2.(2019河北邯鄲一中質(zhì)檢)如圖甲所示,一位同學(xué)利用光電計(jì)時(shí)器等器材做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)。有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球由A處?kù)o止釋放,下落過(guò)程中能通過(guò)固定于B處的光電門,測(cè)得A、B間的距離為H(Hd),光電計(jì)時(shí)器記錄下小球通過(guò)光電門的時(shí)間為t,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。則:,(1)如圖乙所示,用游標(biāo)卡尺測(cè)得小球的直徑d= cm。 (2)多次改變高度H,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),作出隨H的變化圖像如圖丙所示,當(dāng),圖中已知量t0、H0,重力加速度g及小球的直徑d

17、滿足表達(dá)式時(shí),可判斷小球下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。 (3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)動(dòng)能增加量Ek總是稍小于重力勢(shì)能減少量Ep,增加下落高度后,則Ep-Ek將(選填“增大”“減小”或“不變”)。,答案(1)0.725(2)2gH0=d2(3)增大,解析(1)由題圖乙可知,讀數(shù)為7 mm+50.05 mm=7.25 mm=0.725 cm。 (2)若減少的重力勢(shì)能等于增加的動(dòng)能,可以認(rèn)為機(jī)械能守恒,則有mgH=mv2 即2gH0= 解得2gH0=d2。 (3)由于該過(guò)程中有阻力做功,而高度越高,阻力做功越多,故增加下落高,度后,Ep-Ek將增大。,3.利用如圖甲所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。,(1)為驗(yàn)證機(jī)

18、械能是否守恒,需要比較重物下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)間的 。 A.動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量 B.速度變化量和勢(shì)能變化量 C.速度變化量和高度變化量 (2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開(kāi)關(guān)外,在下列器材中,還必須使用的兩種器材是。 A.交流電源B.刻度尺C.天平(含砝碼),甲,(3)實(shí)驗(yàn)中,先接通電源,再釋放重物,得到圖乙所示的一條紙帶。在紙帶 上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C,測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC。 已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T,設(shè)重物的質(zhì)量為m,從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中,重物的重力勢(shì)能變化量Ep=,動(dòng)能變化量Ek=。 乙,

19、(4)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量,原因是。 A.利用公式v=gt計(jì)算重物速度 B.利用公式v= 計(jì)算重物速度 C.存在空氣阻力和摩擦阻力的影響 D.沒(méi)有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法 (5)某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒:在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),測(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h,計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v,描繪v2-h 圖像,并做如下判斷:若圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的直線,則重物下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。請(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確。,答案(1)A(2)AB (3)-mghBm(4)C (5)見(jiàn)解析,解析(1)重物的機(jī)械能指它的動(dòng)能和重力勢(shì)能,要驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒,需比

20、較重物下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)間的動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量大小是否相等,故選A。 (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)用的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須使用交流電源;在計(jì)算動(dòng)能和重力勢(shì)能變化量時(shí),需用刻度尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)間的距離;在比較動(dòng)能變化量和重,力勢(shì)能變化量是否相等時(shí),需驗(yàn)證m(-)=mgh是否成立,而等式兩邊 可約去質(zhì)量m,故不需要天平。故選A、B。 (3)從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中,重物下落hB,重力勢(shì)能減少,則重物的重力,勢(shì)能變化量Ep=-mghB;動(dòng)能的變化量Ek=m-0=m-0=m 。 (4)重物在下落過(guò)程中,除受重力外還存在空氣阻力和摩擦阻力,重物的重力勢(shì)能要轉(zhuǎn)化為重物的動(dòng)能和內(nèi)能,則重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量,選項(xiàng)C正確。,(5)該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確。在重物下落h的過(guò)程中,若阻力Ff恒定,根據(jù)動(dòng)能定理得mgh-Ffh=mv2-0v2=2h,可知v2-h圖像就是過(guò)原點(diǎn),的一條直線。要想通過(guò)v2-h圖像的方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒,還必須看圖像的斜率是否接近2g。,