《2020届高考物理总复习 第五章 机械能 实验六 验证机械能守恒定律课件 新人教版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020届高考物理总复习 第五章 机械能 实验六 验证机械能守恒定律课件 新人教版（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验六验证机械能守恒定律【实验过程实验过程】1.1.安装置：按图示将调整好的打点计时器竖直固定在安装置：按图示将调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。铁架台上，接好电路。2.2.打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源，后松开纸带，在靠近打点计时器的地方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落，更换纸带重复做让重物带着纸带自由下落，更换纸带重复做3 35 5次实次实验。验。3.3.选纸带：在打好点的纸带中
2、挑选点迹清晰的一条纸选纸带：在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在起点标上带，在起点标上0 0，以后各点依次标上，以后各点依次标上 1 1、2 2、3 3、4 4、用刻度尺测出对应下落高度用刻度尺测出对应下落高度 h h1 1、h h2 2、h h3 3、h h4 4【数据处理数据处理】1.1.求瞬时速度：由公式求瞬时速度：由公式v vn n= = 可以计算出重物下可以计算出重物下落落h hn n的高度时对应的瞬时速度的高度时对应的瞬时速度v vn n。2.2.验证守恒：验证守恒：验证方案方案数据数据处理理验证公式公式( (图象象) )利用起始点利用起始点和第和第n n点点计算算测量量计算
3、算ghghn n和和 ghghn n= = 任取两点任取两点A A、B B计算算测出出h hABAB，算出，算出ghghABAB和和 的的值ghghABAB= = 验证方案方案数据数据处理理验证公式公式( (图象象) )图象法象法从从纸带上上选取多个点，取多个点，测量从第一点到其余各量从第一点到其余各点的下落高度点的下落高度h h，并，并计算算各点速度的平方各点速度的平方v v2 2，作，作出出 v v2 2-h-h图象象图象是一条象是一条过原原点且斜率点且斜率为g g的直的直线【误差分析误差分析】误差差产生原因生原因减小方法减小方法偶然偶然误差差测量量长度度带来的来的误差差(1)(1)测量距
4、离量距离时就就应从从计数数0 0点量起，且点量起，且选取的取的计数点离数点离0 0点点远些些(2)(2)多次多次测量取平均量取平均值误差差产生原因生原因减小方法减小方法系系统误差差重物和重物和纸带下落下落过程中存在空气程中存在空气阻力和摩擦阻力阻力和摩擦阻力(1)(1)打点打点计时器安装器安装稳固，固，并使两限位孔在同一并使两限位孔在同一竖直直线上，以减小摩擦阻力上，以减小摩擦阻力(2)(2)选用用质量大、体量大、体积小的小的物体作重物，以减小空气阻物体作重物，以减小空气阻力的影响力的影响【注意事项注意事项】1.1.安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同安装打点计时器时要竖直架稳，使其两
5、限位孔在同一竖直线上以减小摩擦阻力。一竖直线上以减小摩擦阻力。2.2.重物应选用质量和密度较大、体积较小的物体以减重物应选用质量和密度较大、体积较小的物体以减小空气阻力的影响。小空气阻力的影响。3.3.应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落。纸带让重物下落。4.4.纸带长度选用纸带长度选用60 cm60 cm左右为宜，应选用点迹清晰的纸左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量。带进行测量。5.5.速度不能用速度不能用v vn n=gt=gtn n计算，因为只要认为加速度为计算，因为只要认为加速度为g g，机械能一定守恒，即相当于用机
6、械能守恒定律验证机机械能一定守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律。况且用械能守恒定律。况且用v vn n=gt=gtn n计算出的速度比实际值计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算。同样的道理，重物下落的高度计算。同样的道理，重物下落的高度h h，也只能用毫米，也只能用毫米刻度尺直接测量，而不能用刻度尺直接测量，而不能用h hn n= = 或或 h hn n= gt= gt2 2计算得计算得到。到。6.6.本实验不
7、必称出重物质量。本实验不必称出重物质量。热点一教材原型实验热点一教材原型实验【典例典例1 1】 (2019(2019郑州模拟郑州模拟) )如图甲所示为验证机械如图甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置。现有器材为：带铁夹的铁架能守恒定律的实验装置。现有器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平。台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平。(1)(1)为完成实验，还需要的器材有为完成实验，还需要的器材有_。A.A.米尺米尺B.0B.06 V6 V直流电源直流电源C.C.秒表秒表D.0D.06 V6 V交流电源交流电源(2)(2)某同学用图甲所示装置打出的一条纸带如图乙所示，
8、某同学用图甲所示装置打出的一条纸带如图乙所示，相邻两点之间的时间间隔为相邻两点之间的时间间隔为0.02 s0.02 s，根据纸带计算出，根据纸带计算出打下打下D D点时重物的速度大小为点时重物的速度大小为_ m/s_ m/s。( (结果保留三结果保留三位有效数字位有效数字)(3)(3)采用重物下落的方法，根据公式采用重物下落的方法，根据公式 mvmv2 2=mgh=mgh验证机验证机械能守恒定律，对实验条件的要求是械能守恒定律，对实验条件的要求是_，为验证和满足此要求，所选择的纸带第为验证和满足此要求，所选择的纸带第1 1、2 2点间的距点间的距离应接近离应接近_。(4)(4)该同学根据纸带算
9、出了相应点的速度，作出该同学根据纸带算出了相应点的速度，作出v v2 2-h-h图图象如图丙所示，则图线斜率的物理意义是象如图丙所示，则图线斜率的物理意义是_。【解析解析】(1)(1)通过打点计时器计算时间，不需要秒表，通过打点计时器计算时间，不需要秒表，打点计时器应该与交流电源连接，需要刻度尺测量纸打点计时器应该与交流电源连接，需要刻度尺测量纸带上两点间的距离，故带上两点间的距离，故A A、D D正确，正确，B B、C C错误。错误。(2)(2)由图可知由图可知CECE间的距离为间的距离为x=19.41 cm-12.40 cm=x=19.41 cm-12.40 cm=7.01 cm=0. 0
10、701 m7.01 cm=0. 0701 m，则由平均速度公式得，则由平均速度公式得D D点的速度点的速度v vD D= m/s1.75 m/s= m/s1.75 m/s。(3)(3)用公式用公式 mvmv2 2=mgh=mgh时，对纸带上起点的要求是重物时，对纸带上起点的要求是重物是从初速度为零开始下落，打点计时器的打点频率为是从初速度为零开始下落，打点计时器的打点频率为50 Hz50 Hz，打点周期为，打点周期为0.02 s0.02 s，重物开始下落后，在第一，重物开始下落后，在第一个打点周期内重物下落的高度个打点周期内重物下落的高度h= gTh= gT2 2= = 9.89.80.020
11、.022 2 m2 mm m2 mm，所以所选的纸带最初两点间的距离接，所以所选的纸带最初两点间的距离接近近2 mm2 mm。(4)(4)由机械能守恒由机械能守恒mgh= mvmgh= mv2 2得得v v2 2=2gh=2gh，由此可知图象，由此可知图象的斜率的斜率k=2 gk=2 g。答案：答案：(1)A(1)A、D D (2)1.75(2)1.75(3)(3)重物的初速度为零重物的初速度为零2 mm2 mm (4)(4)当地重力加速度的当地重力加速度的2 2倍倍【解题通法解题通法】实验数据的处理方法实验数据的处理方法处理实验数据的方法有计算法和图象法。处理实验数据的方法有计算法和图象法。
12、(1)(1)本题采用图象法验证机械能守恒。通过图象验证机本题采用图象法验证机械能守恒。通过图象验证机械能是否守恒，要根据机械能守恒定律写出图象对应械能是否守恒，要根据机械能守恒定律写出图象对应的函数表达式，弄清图象斜率的物理意义，如的函数表达式，弄清图象斜率的物理意义，如v v2 2-h-h图图象、象、v v2 2-2h-2h图象，根据图象计算出重力加速度，计算结图象，根据图象计算出重力加速度，计算结果与当地重力加速度比较，根据二者是否在误差允许果与当地重力加速度比较，根据二者是否在误差允许的范围内相等判断机械能是否守恒。的范围内相等判断机械能是否守恒。(2)(2)本题也可以利用计算法验证机械
13、能守恒。计算法需本题也可以利用计算法验证机械能守恒。计算法需要知道当地的重力加速度，通过计算重力势能的减少要知道当地的重力加速度，通过计算重力势能的减少量与动能的增加量是否相等验证机械能守恒。量与动能的增加量是否相等验证机械能守恒。热点二创新拓展实验热点二创新拓展实验题型题型1 1利用气垫导轨验证机械能守恒利用气垫导轨验证机械能守恒【典例典例2 2】(2019(2019南宁模拟南宁模拟) )南宁市某所中学综合实践南宁市某所中学综合实践小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒。组成的系统机械能守恒。(1)(1)用螺旋测微器测
14、遮光条宽度用螺旋测微器测遮光条宽度d d，测量结果如图乙所，测量结果如图乙所示，则示，则d=_ mmd=_ mm。(2)(2)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，实验时将实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门所用时间为条通过光电门所用时间为tt，实验中还需要测量的物，实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量理量有：钩码的质量m m、_和和_(_(用文用文字说明并用相应的字母表示字说明并用相应的字母表示) )。(3)(3)本实验通过比较本实验通过比较_和和_(_(用测量的物理用测量的物理量
15、符号表示量符号表示) )在实验误差允许的范围内相等，从而验证在实验误差允许的范围内相等，从而验证了系统的机械能守恒。了系统的机械能守恒。【解析解析】(1)(1)螺旋测微器的固定刻度读数为螺旋测微器的固定刻度读数为8.0 mm8.0 mm，可，可动刻度读数为动刻度读数为0.0147.2 mm=0.472 mm0.0147.2 mm=0.472 mm，则，则d=d=8.472 mm8.472 mm。(2)(3)(2)(3)滑块通过光电门的瞬时速度为滑块通过光电门的瞬时速度为v= v= 则系统动则系统动能的增加量为能的增加量为EEk k= (M+m)v= (M+m)v2 2= (M+m) = (M+
16、m) 系统重力系统重力势能的减少量势能的减少量EEp p=mgd=mgd，可知还需要测量滑块的质，可知还需要测量滑块的质量量M M，滑块初始位置到光电门的距离，滑块初始位置到光电门的距离dd。通过比较。通过比较 (M+m) (M+m) 和和mgdmgd在误差允许的范围内是否相等验证在误差允许的范围内是否相等验证系统机械能守恒。系统机械能守恒。答案：答案：(1)8.472(8.472(1)8.472(8.4728.4788.478均可均可) )(2)(2)滑块的质量滑块的质量M M滑块初始位置到光电门的距离滑块初始位置到光电门的距离dd(3) (M+m) mgd(3) (M+m) mgd题型题型
17、2 2利用光电门验证机械能守恒利用光电门验证机械能守恒【典例典例3 3】 (2019(2019茂名模拟茂名模拟) )某活动小组利用图甲所某活动小组利用图甲所示装置验证机械能守恒定律。钢球自由下落过程中，示装置验证机械能守恒定律。钢球自由下落过程中，先后通过光电门先后通过光电门A A、B B，计时装置测出钢球通过，计时装置测出钢球通过A A、B B的的时间分别为时间分别为t tA A、t tB B，用钢球通过光电门的平均速度表示，用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为距离为h h，当地的重力加速度为，当地的
18、重力加速度为g g。(1)(1)用游标卡尺测量钢球的直径，读数如图乙所示，钢用游标卡尺测量钢球的直径，读数如图乙所示，钢球直径为球直径为D=_ cmD=_ cm。(2)(2)要验证机械能守恒，只要比较要验证机械能守恒，只要比较_(_(填选项前的字填选项前的字母序号母序号) )即可。即可。A.( )DA.( )D2 2与与ghgh是否相等是否相等B.( )DB.( )D2 2与与2gh2gh是否相等是否相等C.( )DC.( )D2 2与与ghgh是否相等是否相等D.( )DD.( )D2 2与与2gh2gh是否相等是否相等(3)(3)钢球通过光电门的平均速度钢球通过光电门的平均速度_(_(选填
19、选填“”或或“”)”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。钢球球心通过光电门的瞬时速度。【解析解析】(1)(1)游标卡尺的主尺读数为游标卡尺的主尺读数为0.9 cm0.9 cm，游标尺上，游标尺上第第1010个刻度和主尺上某一刻度对齐，游标读数为个刻度和主尺上某一刻度对齐，游标读数为0.0510 mm=0.50 mm=0.050 cm0.0510 mm=0.50 mm=0.050 cm，最终读数为，最终读数为0.950 cm0.950 cm。(2)(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故故v= v= ，根据机械能守恒的表达式有，根据机械能守恒的
20、表达式有mgh= mgh= mD mD2 2( )( )，即只要比较，即只要比较D D2 2( )( )与与2gh2gh是否是否相等，故相等，故D D正确，正确，A A、B B、C C错误。错误。(3)(3)根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中间时刻的瞬时速度，所以钢球均速度等于这个过程中间时刻的瞬时速度，所以钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度。时速度。答案：答案：(1)0.950(1)0.950 (2)D(2)D (3)(3) 题型题型3 3验证系统机械
21、能守恒验证系统机械能守恒【典例典例4 4】 (2019(2019晋城模拟晋城模拟) )某同学用如图甲所示装某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律。绕过定滑轮的细线连接物块置验证机械能守恒定律。绕过定滑轮的细线连接物块A A和和B B，A A和和B B的质量相同，的质量相同，B B上套有一铁环上套有一铁环C C，A A的下端与的下端与穿过打点计时器的纸带相连。开始时固定物块穿过打点计时器的纸带相连。开始时固定物块A A，当地，当地的重力加速度为的重力加速度为g g，打点计时器所接交流电的频率为，打点计时器所接交流电的频率为50 Hz50 Hz。(1) (1) 接通电源，再释放物块接通电源，再释
22、放物块A A，物块，物块B B在下落过程中穿在下落过程中穿过圆环过圆环D D时，铁环时，铁环C C落到圆环落到圆环D D上。图乙是该过程打出的上。图乙是该过程打出的一条纸带，已测出了纸带上离第一个点一条纸带，已测出了纸带上离第一个点O O较远的一些点较远的一些点到到O O点的距离。由纸带可知，铁环点的距离。由纸带可知，铁环C C运动到圆环运动到圆环D D处时的处时的速度大小为速度大小为v=_ m/s(v=_ m/s(保留保留3 3位有效数字位有效数字) )。(2)(2)要验证机械能守恒，还需要测量的物理量为要验证机械能守恒，还需要测量的物理量为_。A.A.开始时，铁环开始时，铁环C C和圆环和
23、圆环D D间的高度差间的高度差h hB.B.铁环铁环C C的质量的质量m mC CC.C.物块物块A A和和B B的质量的质量m mA A、m mB BD.D.铁环铁环C C运动到运动到D D所用的时间所用的时间t t (3)(3)实验只要验证表达式实验只要验证表达式_(_(用已知和测量的用已知和测量的物理量符号表示物理量符号表示) )在误差允许的范围内成立，则机械能在误差允许的范围内成立，则机械能守恒得到验证。守恒得到验证。【创新点分析创新点分析】(1)(1)通过系统验证机械能守恒定律。通过系统验证机械能守恒定律。(2)(2)铁环铁环C C落到圆环落到圆环D D上前上前A A、B B、C C
24、系统机械能守恒，铁系统机械能守恒，铁环环C C落到圆环落到圆环D D上后上后A A、B B系统机械能守恒。系统机械能守恒。【解析解析】(1)(1)铁环铁环C C运动到圆环运动到圆环D D处时的速度大小即为铁处时的速度大小即为铁环被挡住后，环被挡住后，A A、B B匀速运动的速度，由纸带可得匀速运动的速度，由纸带可得v=v= m/s2.01 m/s m/s2.01 m/s。(2)(3)(2)(3)要验证机械能守恒，铁环要验证机械能守恒，铁环C C从开始下落到运动到从开始下落到运动到D D的过程中，则有的过程中，则有(m(mB B+m+mC C)gh-m)gh-mA Agh= (mgh= (mA
25、A+m+mB B+m+mC C)v)v2 2，由，由于于A A、B B质量相等，因此要验证的表达式为质量相等，因此要验证的表达式为m mC Cgh= (mgh= (mA A+ +m mB B+m+mC C)v)v2 2，因此还需要测量的物理量为开始时，铁环，因此还需要测量的物理量为开始时，铁环C C和圆环和圆环D D间的高度差间的高度差h h、物块、物块A A、B B和铁环和铁环C C的质量的质量m mA A、m mB B、m mC C，故，故A A、B B、C C正确，正确，D D错误。错误。答案：答案：(1)2.01(1)2.01(2)A(2)A、B B、C C (3)m(3)mC Cgh
26、= (mgh= (mA A+m+mB B+m+mC C)v)v2 2题型题型4 4测弹簧弹性势能测弹簧弹性势能【典例典例5 5】(2019(2019揭阳模拟揭阳模拟) )用如图所示的装置测量弹用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端簧的弹性势能。将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在固定，右端在O O点；在点；在O O点右侧的点右侧的B B、C C位置各安装一个位置各安装一个光电门，计时器光电门，计时器( (图中未画出图中未画出) )与两个光电门相连。先与两个光电门相连。先用米尺测得用米尺测得B B、C C两点间距离两点间距离s s，再用带有遮光片的滑块，再用
27、带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置压缩弹簧到某位置A A，由静止释放，计时器显示遮光片，由静止释放，计时器显示遮光片从从B B到到C C所用的时间为所用的时间为t t，用米尺测量，用米尺测量A A、O O之间的距离之间的距离x x。(1)(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是v=v=_。(2)(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量为求出弹簧的弹性势能，还需要测量_。( (选填选填字母序号字母序号)A.A.弹簧原长弹簧原长B.B.当地重力加速度当地重力加速度C.C.滑块滑块( (含遮光片含遮光片) )的质量的质量(3)(3)若气垫导轨左端比右端略高，弹性势能
28、的测量值与若气垫导轨左端比右端略高，弹性势能的测量值与真实值比较将真实值比较将_。( (选填字母序号选填字母序号)A.A.偏大偏大 B.B.偏小偏小C.C.相等相等【创新点分析创新点分析】(1)(1)由系统机械能守恒测量弹簧的弹性由系统机械能守恒测量弹簧的弹性势能。势能。(2)(2)用光电门测滑块的速度准确、方便。用光电门测滑块的速度准确、方便。【解析解析】(1)(1)滑块离开弹簧后的运动可视为匀速运动，滑块离开弹簧后的运动可视为匀速运动，故可以用故可以用BCBC段的平均速度表示离开时的速度，则有段的平均速度表示离开时的速度，则有v= v= 。(2)(2)由系统机械能守恒可知弹簧的弹性势能等于滑块增由系统机械能守恒可知弹簧的弹性势能等于滑块增加的动能，故应求解滑块的动能，根据动能表达式加的动能，故应求解滑块的动能，根据动能表达式E Ek k= = mv mv2 2可知，应测量滑块的质量，故可知，应测量滑块的质量，故A A、B B错误，错误，C C正正确。确。(3)(3)若气垫导轨左端比右端略高，导致通过两光电门的若气垫导轨左端比右端略高，导致通过两光电门的时间将减小，那么测得速度偏大，因此弹性势能的测时间将减小，那么测得速度偏大，因此弹性势能的测量值也偏大，故量值也偏大，故A A正确，正确，B B、C C错误。错误。答案：答案：(1) (1) (2)C(2)C (3)A(3)A
