202X學(xué)年高考物理主題二機(jī)械能及其守恒定律第四章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件教科版

1、實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?.會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度。會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度。2.掌握利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理和方法。掌握利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理和方法。mghmgh三、實(shí)驗(yàn)器材三、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)鐵架臺(tái)(帶鐵夾帶鐵夾)、_、重錘、重錘(帶夾子帶夾子)、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、米刻度尺、_。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)計(jì)時(shí)器低壓交流電源低壓交流電源四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟1.安裝置：安裝置：按圖將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架按圖將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)

2、器豎直固定在鐵架臺(tái)上，接好電路。臺(tái)上，接好電路。2.打紙帶打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上；另一端穿過(guò)：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打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在_打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方。先打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方。先_，后松開紙帶，讓重物，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復(fù)做帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復(fù)做35次實(shí)驗(yàn)。次實(shí)驗(yàn)。靠近靠近接通電源接通電源3.選紙帶：選取點(diǎn)跡較為清晰且開場(chǎng)的兩點(diǎn)間距離約為選紙帶：選取點(diǎn)跡較為清晰且開場(chǎng)的兩點(diǎn)間距離約為_的紙帶，把紙的紙帶，把紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)作為起始點(diǎn)，記作帶上打出的第

3、一個(gè)點(diǎn)作為起始點(diǎn)，記作O，在距離，在距離O點(diǎn)較遠(yuǎn)處再依次選出計(jì)數(shù)點(diǎn)較遠(yuǎn)處再依次選出計(jì)數(shù)點(diǎn)點(diǎn)1、2、34.測(cè)距離：用刻度尺測(cè)出測(cè)距離：用刻度尺測(cè)出O點(diǎn)到點(diǎn)到1、2、3的距離，即為對(duì)應(yīng)下落的高度的距離，即為對(duì)應(yīng)下落的高度h1、h2、h32 mm五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理1.計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度：記下第計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度：記下第1個(gè)點(diǎn)的位置個(gè)點(diǎn)的位置O，在紙帶上從離，在紙帶上從離O點(diǎn)適當(dāng)距離開場(chǎng)點(diǎn)適當(dāng)距離開場(chǎng)選取幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)選取幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3并測(cè)量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到并測(cè)量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離點(diǎn)的距離h1、h2、h3再根再根據(jù)公式據(jù)公式vn_，計(jì)算出，計(jì)算出1、2、3、4、n點(diǎn)的瞬時(shí)速度點(diǎn)的瞬時(shí)速

4、度v1、v2、v3、v4vn。原點(diǎn)原點(diǎn)g六、誤差分析六、誤差分析1.在進(jìn)展長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)，測(cè)量及讀數(shù)不準(zhǔn)造成誤差。在進(jìn)展長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)，測(cè)量及讀數(shù)不準(zhǔn)造成誤差。2.重物下落要抑制阻力做功，局部機(jī)械能轉(zhuǎn)化成重物下落要抑制阻力做功，局部機(jī)械能轉(zhuǎn)化成_，下落高度越大，機(jī)械能損失，下落高度越大，機(jī)械能損失越多，所以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)械能依次略有減小的現(xiàn)象。越多，所以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)械能依次略有減小的現(xiàn)象。3.由于交流電的周期不穩(wěn)定，造成打點(diǎn)時(shí)間間隔變化而產(chǎn)生誤差。由于交流電的周期不穩(wěn)定，造成打點(diǎn)時(shí)間間隔變化而產(chǎn)生誤差。七、本卷須知七、本卷須知1.應(yīng)盡可能控制實(shí)驗(yàn)滿足機(jī)械能守恒的條件，

5、這就要求盡量減小各種阻力的影響，采應(yīng)盡可能控制實(shí)驗(yàn)滿足機(jī)械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：取的措施有：(1)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小_。(2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較應(yīng)選用質(zhì)量和密度較_的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)_，增大密，增大密度可以減小體積，使空氣阻力減小。度可以減小體積，使空氣阻力減小。內(nèi)能內(nèi)能摩擦阻力摩擦阻力大大減小減小實(shí)驗(yàn)原理與操作實(shí)驗(yàn)原理與操作試題案例試題案例例例1 如圖如圖1為驗(yàn)證為驗(yàn)證“機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖?，F(xiàn)有的器材

6、為：帶鐵夾的機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖?，F(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平。答復(fù)以下問(wèn)題：鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平。答復(fù)以下問(wèn)題：圖圖1(1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材外，還需要的器材有為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材外，還需要的器材有_。(填入正確選項(xiàng)前填入正確選項(xiàng)前的字母的字母)A.米尺米尺B.秒表秒表C.012 V的直流電源的直流電源D.012 V的交流電源的交流電源(2)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：A.按照?qǐng)D示的裝置安裝器材按照?qǐng)D示的裝置安裝器材B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電

7、源的“直流輸出上直流輸出上C.用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量D.先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶E.測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離F.根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是_。(3)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有_(寫出兩個(gè)原因?qū)懗鰞蓚€(gè)原因)。(4)利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度利用這個(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，選取紙帶的數(shù)值。根據(jù)打出的紙帶，選取

8、紙帶上連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)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，測(cè)出各點(diǎn)之間的距離如圖2所示。使用交流電源的所示。使用交流電源的頻率為頻率為f，那么計(jì)算重錘下落的加速度的表達(dá)式，那么計(jì)算重錘下落的加速度的表達(dá)式a_。(用用x1、x2、x3、x4及及f表表示示)圖圖2解析解析(1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材外，還需要米尺、為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材外，還需要米尺、012 V的交流電源。的交流電源。(2)其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的其中操作不當(dāng)?shù)牟襟E是將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出上，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需直流輸出上，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要交流電源。要交流電源。(3)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

9、之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差；計(jì)算重力勢(shì)能變化時(shí)，選取初、末兩點(diǎn)距離過(guò)近；交流電源頻率不穩(wěn)定等。有誤差；計(jì)算重力勢(shì)能變化時(shí)，選取初、末兩點(diǎn)距離過(guò)近；交流電源頻率不穩(wěn)定等。答案答案(1)AD(2)B(3)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測(cè)量紙紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差；計(jì)算勢(shì)能變化時(shí)，選取初、末兩點(diǎn)距離過(guò)近；交流電源帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差；計(jì)算勢(shì)能變化時(shí)，選取初、末兩點(diǎn)距離過(guò)近；交流電源頻率不穩(wěn)定頻率不穩(wěn)定針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練1 (2

10、021寧波高一檢測(cè)寧波高一檢測(cè))在在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中：(1)以下物理量中需要用工具直接測(cè)量的有以下物理量中需要用工具直接測(cè)量的有()A.重物的質(zhì)量重物的質(zhì)量B.重力加速度重力加速度C.重物下落的高度重物下落的高度D.與重物下落高度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度與重物下落高度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度解析解析(1)在在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，只需要用刻度尺測(cè)量重物下落的高驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，只需要用刻度尺測(cè)量重物下落的高度，重物的質(zhì)量不用測(cè)量，重力加速度不需要測(cè)量，通過(guò)計(jì)算可以得到與重物下落高度，重物的質(zhì)量不用測(cè)量，重力加速度不需要測(cè)量，通過(guò)計(jì)算可以得到與重

11、物下落高度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度。應(yīng)選度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度。應(yīng)選C。答案答案(1)C(2)過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線重力加速度過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線重力加速度g實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理試題案例試題案例例例2 (2021襄陽(yáng)高一檢測(cè)襄陽(yáng)高一檢測(cè))某同學(xué)做某同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí)，不慎將一條挑選驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí)，不慎將一條挑選出的紙帶的一局部損壞，損壞的是前端局部，剩下的一段紙帶上各相鄰點(diǎn)間的距出的紙帶的一局部損壞，損壞的是前端局部，剩下的一段紙帶上各相鄰點(diǎn)間的距離已測(cè)出標(biāo)在圖中，單位是離已測(cè)出標(biāo)在圖中，單位是cm。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50 Hz，重力加速度，重力加速度

12、g取取9.8 m/s2。圖圖3(1)重物在重物在2點(diǎn)的速度點(diǎn)的速度v2_，在，在5點(diǎn)的速度點(diǎn)的速度v5_，此過(guò)程中動(dòng)，此過(guò)程中動(dòng)能增加量能增加量Ek_，重力勢(shì)能減少量，重力勢(shì)能減少量Ep_。由以上可得出實(shí)。由以上可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論驗(yàn)結(jié)論_。(2)重物獲得的動(dòng)能往往重物獲得的動(dòng)能往往_(填填“大于大于“小于或小于或“等于等于)減少的重力勢(shì)能，減少的重力勢(shì)能，實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是_。(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)判斷以下圖像正確的選項(xiàng)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)判斷以下圖像正確的選項(xiàng)是(其中其中Ek表示重物動(dòng)能的變化量，表示重物動(dòng)能的變化量，h表示物表示物體下落的高度體下落的高度)()(2)由于紙帶受到

13、摩擦力作用，需抑制摩擦力做功，所以獲得的動(dòng)能小于減少的重由于紙帶受到摩擦力作用，需抑制摩擦力做功，所以獲得的動(dòng)能小于減少的重力勢(shì)能。力勢(shì)能。(3)重物機(jī)械能守恒，重物減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為增加的動(dòng)能，即重物機(jī)械能守恒，重物減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為增加的動(dòng)能，即Ekmgh，可，可見(jiàn)重物增加的動(dòng)能與下落的距離成正比，選項(xiàng)見(jiàn)重物增加的動(dòng)能與下落的距離成正比，選項(xiàng)C正確。正確。答案答案(1)1.50 m/s2.075 m/s1.03m J1.06m J在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒守恒(2)小于紙帶受到摩擦力作用小于紙帶受到摩擦力作用(3)C針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練2 某同學(xué)用圖某同學(xué)用圖

14、4甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置甲所示的實(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)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，可以使用的頻率有器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和和40 Hz，打出紙帶的一局，打出紙帶的一局部如圖乙所示。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率部如圖乙所示。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，需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他條件進(jìn)展推算。條件進(jìn)展推算。圖圖4(1)假設(shè)從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用假設(shè)從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖乙中給出的物理量可以寫出：和圖乙中給出的物理量可以寫出：在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出

15、B點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為_，打出，打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為度大小為_，重物下落的加速度大小為，重物下落的加速度大小為_。(2)已測(cè)得已測(cè)得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?；?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。由此推算出f為為_Hz。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)試題案例試題案例例例3 (2021青島高一檢測(cè)青島高一檢測(cè))利用如圖利用如圖5所示實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)所示實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。通過(guò)驗(yàn)證機(jī)械

16、能守恒定律。通過(guò)電磁鐵控制的小鐵球從電磁鐵控制的小鐵球從A點(diǎn)自由下落，下落過(guò)程中小鐵球經(jīng)過(guò)光電門點(diǎn)自由下落，下落過(guò)程中小鐵球經(jīng)過(guò)光電門B時(shí)，毫秒計(jì)時(shí)，毫秒計(jì)時(shí)器時(shí)器(圖中未畫出圖中未畫出)記錄下小鐵球的擋光時(shí)間記錄下小鐵球的擋光時(shí)間t。實(shí)驗(yàn)前調(diào)整光電門位置，使小球下。實(shí)驗(yàn)前調(diào)整光電門位置，使小球下落過(guò)程中，小鐵球球心垂直細(xì)激光束通過(guò)光電門，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹槁溥^(guò)程中，小鐵球球心垂直細(xì)激光束通過(guò)光電門，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。圖圖5(1)為了驗(yàn)證小鐵球下落過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，還需要測(cè)量的物理量是為了驗(yàn)證小鐵球下落過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，還需要測(cè)量的物理量是_。A.A點(diǎn)距地面的高度點(diǎn)距地面的高度HB.A

17、、B之間的距離之間的距離hC.小鐵球從小鐵球從A到到B的下落時(shí)間的下落時(shí)間tABD.小鐵球的直徑小鐵球的直徑d(2)小鐵球通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度小鐵球通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v_；要驗(yàn)證小鐵球下落過(guò)程中機(jī)械能；要驗(yàn)證小鐵球下落過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，只需驗(yàn)證等式是否守恒，只需驗(yàn)證等式_是否成立即可是否成立即可(用實(shí)驗(yàn)中測(cè)得物理量的符號(hào)用實(shí)驗(yàn)中測(cè)得物理量的符號(hào)表示表示)。解析解析(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，需要測(cè)量的是根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，需要測(cè)量的是A點(diǎn)到光電門點(diǎn)到光電門B的距離，故的距離，故A錯(cuò)誤，錯(cuò)誤，B正正確；利用小球通過(guò)光電門的平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度，不需要測(cè)量下落時(shí)間，故確；利用小球通過(guò)光電門的

18、平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度，不需要測(cè)量下落時(shí)間，故C錯(cuò)誤；利用小球通過(guò)光電門的平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度時(shí)，需要知道擋光物體的尺錯(cuò)誤；利用小球通過(guò)光電門的平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度時(shí)，需要知道擋光物體的尺寸，因此需要測(cè)量小球的直徑，故寸，因此需要測(cè)量小球的直徑，故D正確。正確。針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練3 現(xiàn)利用如圖現(xiàn)利用如圖6所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。圖中所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。圖中AB是固定的光滑斜面，斜面的傾角為是固定的光滑斜面，斜面的傾角為30，1和和2是固定在斜是固定在斜面上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門，與它們連接的光電計(jì)時(shí)器都沒(méi)面上適當(dāng)位置的兩個(gè)光電門，與它們連接的光電計(jì)時(shí)器都沒(méi)有畫出。讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門有畫出。讓滑塊從斜面的頂端滑下，光電門1、2各自連接的各自連接的光電計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為光電計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為5.00102 s、2.00102