《新高考物理一轮复习学案课件第5章 实验7 验证机械能守恒定律（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理一轮复习学案课件第5章 实验7 验证机械能守恒定律（含解析）（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第五章,机械能,实验七验证机械能守恒定律,实验知识,自主回顾,核心考点,重点,突破,2,年高考,1,年模拟,实验知识,自主回顾,一、实验目的,1,掌握验证机械能守恒定律的方法。,2,会用计算法或图像法处理实验数据。,二、实验原理,在自由落体运动中，物体的,_,和,_,可以互相转化，但总机械能守恒。,重力势能,动能,方法,1,：若某一时刻物体下落的瞬时速度为,v,，下落高度为,h,，则,应,为,：,mgh,_,_,_,，借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度,h,和该时刻的瞬时速度,v,，即可验证机械能
2、是否守恒，实验装置如图所示。,四、实验步骤,1,按方法,1,把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。,2,把纸带的一端和重锤用夹子固定好，另一端穿过打点计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。,3,_,，,_,，让重锤自由下落。,4,重复几次，得到,3,5,条打好点的纸带。,接通,电源,松开纸带,五、注意事项,1,打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。,2,实验时，需保持提纸带的手不动，先接通电源、让打点计时器工作正常后再松开纸带让重锤下落，以保证第一个点是一个清晰的小点。,3,选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近,_,的
3、纸带。,2,mm,4,测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能搞错，为了减小测量值,h,时的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不宜过长，有效长度可在,60 cm,80 cm,以内。,5,因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量。,六、误差分析,1,测量长度时会存在偶然误差，所以测长度时要多测几次，取平均值即可减小此误差。,2,由于本实验中有纸带与限位孔间的摩擦力,(,主要因素,),和空气阻力,(,次要因素,),的影响，这是系统误差，它使增加的动能少于减小的重力势能，要减小影响，采用增加重锤质量的办法，因为当重锤的重力远大于阻力时，可忽略阻力的影响。,3,为了减
4、小相对误差，选取的计数点最好离第一个点远一些。,4,若第一、第二两点间的距离小于,2 mm,，则这两点间的时间间隔不到,0.02 s,或阻力过大。,核心考点,重点突破,(2021,辽宁高三月考,),某同学用如图甲所示装置,“,验证机械能守恒定律,”,时，得到如图乙所示的纸带。选取纸带上打出的连续五个点,A,、,B,、,C,、,D,、,E,，测出,A,点距起始点,O,的距离为,s,0,，点,O,、,C,间的距离为,s,1,，点,O,、,E,间的距离为,s,2,，测得重物的质量为,m,。已知当地重力加速度为,g,，打点计时器打点周期为,T,。,考点一,教材原型实验,例,1,(1),下列做法正确的有
5、,_(,填正确答案序号,),；,A,必须要称出重物和夹子的质量,B,图中两限位孔必须在同一竖直线上,C,将连着重物的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器,D,数据处理时，可以选择任一点迹清晰的点作为,O,点,E,数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置,(2),选取,O,、,C,两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少,的,重力势能,是,_,，重物增加的动能是,_,_,_,_,_,_,_,；在误差允许范围内若两者相等，即验证了机械能守恒定律。,B,mgs,1,变式训练,1,(2021,山东月考,),某同学利用如图甲所示装置验证机械能守恒定律。他在打好点的纸带中挑选
6、出一条点迹清晰的纸带，如图乙所示。把打下的第一点记作,0,，从,0,点后某个点开始，依次为,1,、,2,、,3,，分别测出各个计时点到,0,的距离，标在图乙中，已知打点计时器打点周期,T,0.02 s,，当地重力加速度大小,g,9.80 m/s,2,，回答下列问题。,(1),通过该纸带上的数据，可得出重物下落的加速度,a,_ m/s,2,。,(,结果保留三位有效数字,),(2),若重物的质量为,0.5 kg,，从开始下落到打图乙中计时点,4,时，重物的机械能损失为,_J,。,(,结果保留两位有效数字,),9.50,4.1,10,2,(3),在处理纸带时，测出各点的速度,v,后，描绘,v,2,h
7、,(,各点到,0,点的距离,),图像如图丙所示，若选取的重物质量较大而密度不是很大，所受空气阻力会随重物的速度增大而明显增大，则,v,2,h,图像可能是,A,、,B,、,C,中的,_,。,C,则机械能损失为,E,E,p,E,k,，,由以上各式代入数据可求得,E,4.1,10,2,J,。,(3),空气阻力随重物的速度增大而明显增大，下落相同的高度,h,时，阻力做功逐渐增大，动能增加量减小，速度增加量减小，故,C,图像符合描述。,“,验证机械能守恒定律,”,实验的几个改进措施,1,物体的速度可以用光电计时器测量，以减小由于测量和计算产生的误差。,2,实验装置可以放在真空的环境中操作，如用牛顿管和频
8、闪照相进行验证，以消除由于空气阻力作用而产生的误差。,3,可以利用气垫导轨来设计实验，以减小由于摩擦产生的误差。,考点二,实验拓展创新,(2021,江西高三一模,),某同学设计出如图甲所示的实验装置来,“,验证机械能守恒定律,”,，让小球从,A,点自由下落，下落过程中经过,A,点正下方的光电门,B,时，光电计时器记录下小球通过光电门时间,t,，当地的重力加速度为,g,。,例,2,(1),为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪些物理量,_,。,(,填选项,),A,小球的质量,m,B,AB,之间的距离,H,C,小球的直径,d,(2),小球通过光电门时的瞬时速度,v,_,_,_(,用题中所给
9、的物理量表示,),。,BC,变式训练,2,(2022,重庆市江津中学校高三其他模拟,),如图甲所示的装置叫作阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示。,(1),实验时，该同学进行了如下操作：,将质量均为,M,(,A,的含挡光片，,B,的含挂钩,),的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出,_(,填,“,A,的上表面,”“,A,的下表面,”,或,“,挡光片中心,”,),到光电门中心的竖直距离,h,。,挡光片中心,在,B,的下端挂上质量为,m,的物块,C,，让系统,(
10、,重物,A,、,B,以及物块,C,),由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为,t,。,测出挡光片的宽度,d,，计算有关物理量，验证机械能守恒定律。,(2),如果系统,(,重物,A,、,B,以及物块,C,),的机械能守恒，应满足的,关系式,为,_,_,_,_,_(,已知重力加速度为,g,),。,(3),验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统,(,重物,A,、,B,以及物块,C,),的机械能守恒，不断增大物块,C,的质量,m,，重物,B,的加速度,a,也将不断增大，那么,a,与,m,之间有怎样的定量关系？,a,随,m,增大会趋于一个什么值？请你帮该同学解决：,写出,a,与,m,之间的关系式
11、：,_,_,_(,还要用到,M,和,g,),。,a,的值会趋于,_,。,重力加速度,g,2,年高考,1,年模拟,1,(2021,河北卷，,12),某同学利用图,1,中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系，所用器材有：一端带滑轮的长木板、轻细绳、,50 g,的钩码若干、光电门,2,个、数字计时器、带遮光条的滑块,(,质量为,200 g,，其上可放钩码,),、刻度尺。当地重力加速度为,9.80 m/s,2,。实验操作步骤如下：,安装器材，调整两个光电门距离为,50.00 cm,，轻细绳下端悬挂,4,个钩码，如图,1,所示；,接通电源，释放滑块，分别记录遮光条通过两个光电门的时间，并计算出滑块通
12、过两个光电门的速度；,保持绳下端悬挂,4,个钩码不变，在滑块上依次增加一个钩码，记录滑块上所载钩码的质量，重复上述步骤；,完成,5,次测量后，计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量,M,、系统,(,包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码,),总动能的增加量,E,k,及系统总机械能的减少量,E,，结果如下表所示：,M,/kg,0.200,0.250,0.300,0.350,0.400,E,k,/J,0.582,0.490,0.392,0.294,0.195,E,/J,0.393,0.490,0.686,0.785,回答下列问题：,(1),实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为,_J(,保留三位
13、有效数字,),；,(2),步骤,中的数据所缺数据为,_,；,(3),以,M,为横轴，,E,为纵轴，选择合适的,标,度,，在图,2,中绘出,E,M,图像,；,答案,见解析,图,0.980,0.588,若系统总机械能的减少量等于克服摩擦力做功，则滑块与木板之间的动摩擦因数为,_,。,(,保留两位有效数字,),0.40(0.38,0.42),2,(2022,湖南高三月考,),在,“,验证机械能守恒定律,”,实验中，,(1),甲同学采用让重物自由下落的方法验证机械能守恒，实验装置如图甲所示。该同学从打出的纸带中选出一条理想的纸带，如图乙所示。,选取纸带上连续打出的三个点,A,、,B,、,C,，测得它们
14、到起始点,O,的距离分别为,h,1,、,h,2,、,h,3,。已知重锤的质量为,m,，打点计时器所接交流电的频率为,f,，当地的重力加速度为,g,。从起始点,O,开始到打下,B,点的过程中，,重锤,重力势能,的减小量,E,P,_,，重锤动能的增加量,E,k,_,_,_,_,_,。在误差允许的范围内，如果,E,P,E,k,，则可验证机械能守恒。,mgh,2,(2),乙同学利用气垫导轨和光电门等器材验证机械能守恒，实验装置如图丙所示。实验前，将气垫导轨调至水平，滑块通过细线与托盘和砝码相连。开启气泵，待出气稳定后将滑块从图示位置由静止释放，读出挡光条通过光电门的挡光时间为,t,。,已知刚释放时挡光
15、条到光电门的距离为,l,，挡光条的宽度为,d,，托盘和砝码的总质量为,m,，滑块和挡光条的总质量为,M,，当地的重力加速度为,g,。在滑块从静止释放到运动到光电门的过程中，系统重力势能的减少,量,E,P,_,；系统动能的增加量,E,k,_,_,_,_,_,。在误差允许的范围内，如果,E,P,E,k,，则可验证系统的机械能守恒。,mgl,3,(2022,河北高三月考,),某同学用落体法验证机械能守恒时，得到小球从空中由静止下落的部分频闪照片，经处理后如图所示。图中,O,点为释放小球的初始位置，小球下落时对应位置的距离图中已标出，单位是厘米。已知频闪仪每隔,0.04 s,闪光一次，小球的质量为,m
16、,1.0 kg,，当地的重力加速度大小为,g,9.8 m/s,2,。回答下列问题：,(,计算结果保留两位有效数字,),(1),小球下落至,C,处时的动能,E,k,C,_J,，小球在下落过程中受到空气阻力的作用，通过计算发现从,O,到,C,的过程，小球重力势能的减少量,E,p,大于动能的增加量,E,k,。,(2),继续利用图中的数据，计算出小球下落的加速度大小为,_ m/s,2,，于是求出所受空气阻力的大小为,_N,。,0.66,9.6,0.20,4,(2022,山东高三期末,),某小组同学按以下操作进行验证机械能守恒定律实验，由书中查得当地重力加速度为,g,。实验步骤如下。,A,将质量均为,m,的物块,A,、,B,用跨过定滑轮的不可伸长的轻绳连接，在物块,B,的正下方地面上固定有与计算机相连的位移传感器,D,，如图,(,a,),所示；,B,在物块,B,上加一个质量为,m,0,的槽码,C,后由静止释放物块,B,，可在计算机上得到物块,B,的,x,t,图像,(,x,表示,B,到传感器的距离，,t,表示运动时间,),；,C,重复,B,中的操作，在得到几条图线后，对实验数据进行处理。,其中一条
