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?.會用打點(diǎn)計(jì)時器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動的速度。會用打點(diǎn)計(jì)時器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動的速度。2.掌握利用自由落體運(yùn)動驗(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)器材鐵架臺鐵架臺(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)時器打點(diǎn)計(jì)時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)時器豎直固定在鐵架按圖將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時

2、器豎直固定在鐵架臺上，接好電路。臺上，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：將紙帶的一端用夾子固定在重物上；另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在打點(diǎn)計(jì)時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在_打點(diǎn)計(jì)時器的地方。先打點(diǎn)計(jì)時器的地方。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)?？拷拷油娫唇油娫?.選紙帶：選取點(diǎn)跡較為清晰且開場的兩點(diǎn)間距離約為選紙帶：選取點(diǎn)跡較為清晰且開場的兩點(diǎn)間距離約為_的紙帶，把紙的紙帶，把紙帶上打出的第一個點(diǎn)作為起始點(diǎn)，記作帶上打出的第

3、一個點(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.測距離：用刻度尺測出測距離：用刻度尺測出O點(diǎn)到點(diǎn)到1、2、3的距離，即為對應(yīng)下落的高度的距離，即為對應(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)對應(yīng)的瞬時速度：記下第計(jì)算各點(diǎn)對應(yīng)的瞬時速度：記下第1個點(diǎn)的位置個點(diǎn)的位置O，在紙帶上從離，在紙帶上從離O點(diǎn)適當(dāng)距離開場點(diǎn)適當(dāng)距離開場選取幾個計(jì)數(shù)點(diǎn)選取幾個計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3并測量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到并測量出各計(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)的瞬時速度點(diǎn)的瞬時速

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)展長度測量時，測量及讀數(shù)不準(zhǔn)造成誤差。在進(jìn)展長度測量時，測量及讀數(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)時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小安裝打點(diǎn)計(jì)時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴(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的重物，增大重力可使阻力的影響相對_，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、電磁打點(diǎn)計(jì)時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平。答復(fù)以下問題：鐵架臺、電磁打點(diǎn)計(jì)時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平。答復(fù)以下問題：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)的幾個操作步驟：下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個操作步驟：A.按照圖示的裝置安裝器材按照圖示的裝置安裝器材B.將打點(diǎn)計(jì)時器接到電源的將打點(diǎn)計(jì)時器接到電

7、源的“直流輸出上直流輸出上C.用天平測出重錘的質(zhì)量用天平測出重錘的質(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.測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離F.根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能其中操作不當(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_(寫出兩個原因?qū)懗鰞蓚€原因)。(4)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度利用這個裝置也可以測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)的五個點(diǎn)上連續(xù)的五個點(diǎn)A、B、C、D、E，測出各點(diǎn)之間的距離如圖，測出各點(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)時器接到電源的“直流輸出上，打點(diǎn)計(jì)時器需直流輸出上，打點(diǎn)計(jì)時器需要交流電源。要交流電源。(3)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時器

9、之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測量紙帶上點(diǎn)的位置時讀數(shù)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時器之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測量紙帶上點(diǎn)的位置時讀數(shù)有誤差；計(jì)算重力勢能變化時，選取初、末兩點(diǎn)距離過近；交流電源頻率不穩(wěn)定等。有誤差；計(jì)算重力勢能變化時，選取初、末兩點(diǎn)距離過近；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)時器之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測量紙紙帶與打點(diǎn)計(jì)時器之間有摩擦以及空氣阻力；用米尺測量紙帶上點(diǎn)的位置時讀數(shù)有誤差；計(jì)算勢能變化時，選取初、末兩點(diǎn)距離過近；交流電源帶上點(diǎn)的位置時讀數(shù)有誤差；計(jì)算勢能變化時，選取初、末兩點(diǎn)距離過近；交流電源頻率不穩(wěn)定頻率不穩(wěn)定針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練1 (2

10、021寧波高一檢測寧波高一檢測)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量的有以下物理量中需要用工具直接測量的有()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.與重物下落高度對應(yīng)的重物的瞬時速度與重物下落高度對應(yīng)的重物的瞬時速度解析解析(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，只需要用刻度尺測量重物下落的高度，重物的質(zhì)量不用測量，重力加速度不需要測量，通過計(jì)算可以得到與重物下落高度，重物的質(zhì)量不用測量，重力加速度不需要測量，通過計(jì)算可以得到與重

11、物下落高度對應(yīng)的重物的瞬時速度。應(yīng)選度對應(yīng)的重物的瞬時速度。應(yīng)選C。答案答案(1)C(2)過原點(diǎn)的傾斜直線重力加速度過原點(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襄陽高一檢測襄陽高一檢測)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，不慎將一條挑選驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時，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)間的距離已測出標(biāo)在圖中，單位是離已測出標(biāo)在圖中，單位是cm。打點(diǎn)計(jì)時器工作頻率為。打點(diǎn)計(jì)時器工作頻率為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_，此過程中動，此過程中動能增加量能增加量Ek_，重力勢能減少量，重力勢能減少量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)重物獲得的動能往往重物獲得的動能往往_(填填“大于大于“小于或小于或“等于等于)減少的重力勢能，減少的重力勢能，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表示重物動能的變化量，表示重物動能的變化量，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，所以獲得的動能小于減少的重力勢能。力勢能。(3)重物機(jī)械能守恒，重物減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為增加的動能，即重物機(jī)械能守恒，重物減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為增加的動能，即Ekmgh，可，可見重物增加的動能與下落的距離成正比，選項(xiàng)見重物增加的動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針對訓(xùn)練針對訓(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)時驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計(jì)時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)時器打出在打點(diǎn)計(jì)時器打出

15、B點(diǎn)時，重物下落的速度大小為點(diǎn)時，重物下落的速度大小為_，打出，打出C點(diǎn)時重物下落的速點(diǎn)時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)已測得已測得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青島高一檢測青島高一檢測)利用如圖利用如圖5所示實(shí)驗(yàn)裝置來所示實(shí)驗(yàn)裝置來“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。通過驗(yàn)證機(jī)械

16、能守恒定律。通過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，下落過程中小鐵球經(jīng)過光電門點(diǎn)自由下落，下落過程中小鐵球經(jīng)過光電門B時，毫秒計(jì)時，毫秒計(jì)時器時器(圖中未畫出圖中未畫出)記錄下小鐵球的擋光時間記錄下小鐵球的擋光時間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，使小球下落過程中，小鐵球球心垂直細(xì)激光束通過光電門，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹槁溥^程中，小鐵球球心垂直細(xì)激光束通過光電門，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。圖圖5(1)為了驗(yàn)證小鐵球下落過程中機(jī)械能是否守恒，還需要測量的物理量是為了驗(yàn)證小鐵球下落過程中機(jī)械能是否守恒，還需要測量的物理量是_。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的下落時間的下落時間tABD.小鐵球的直徑小鐵球的直徑d(2)小鐵球通過光電門時的瞬時速度小鐵球通過光電門時的瞬時速度v_；要驗(yàn)證小鐵球下落過程中機(jī)械能；要驗(yàn)證小鐵球下落過程中機(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)中測得物理量的符號用實(shí)驗(yàn)中測得物理量的符號表示表示)。解析解析(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，需要測量的是根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，需要測量的是A點(diǎn)到光電門點(diǎn)到光電門B的距離，故的距離，故A錯誤，錯誤，B正正確；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度，不需要測量下落時間，故確；利用小球通過光電門的

18、平均速度來代替瞬時速度，不需要測量下落時間，故C錯誤；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度時，需要知道擋光物體的尺錯誤；利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度時，需要知道擋光物體的尺寸，因此需要測量小球的直徑，故寸，因此需要測量小球的直徑，故D正確。正確。針對訓(xùn)練針對訓(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)位置的兩個光電門，與它們連接的光電計(jì)時器都沒面上適當(dāng)位置的兩個光電門，與它們連接的光電計(jì)時器都沒有畫出。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)時器顯示的擋光時間分別為光電計(jì)時器顯示的擋光時間分別為5.00102 s、2.00102