202X屆高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)課7驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件新人教版

1、實(shí)驗(yàn)課實(shí)驗(yàn)課7 7驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律-2-一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證機(jī)械能守恒定律。二、實(shí)驗(yàn)原理1.在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中,物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能互相轉(zhuǎn)化,但總的機(jī)械能保持不變。若物體某時(shí)刻瞬時(shí)速度為v,下落高度為h,則重力勢(shì)能的減少量為mgh,動(dòng)能的增加量為 ,看它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等,若相等則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)原理圖 -3-2.速度的測(cè)量:做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的紙帶上某段位移中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段位移之間的平均速度。計(jì)算打第n個(gè)點(diǎn)速度的方法:測(cè)出與第n個(gè)點(diǎn)相鄰前后點(diǎn)間的距離-4-三、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)(含鐵夾)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、導(dǎo)線、毫米刻

2、度尺、重物(帶紙帶夾)。四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程1.安裝置:如圖所示將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上,接好電路。-5-2.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:分兩種情況說(shuō)明-6-五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1.測(cè)量計(jì)算在起始點(diǎn)標(biāo)上0,在以后各計(jì)數(shù)點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3,用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度h1、h2、h3。利用公式 計(jì)算出點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3的瞬時(shí)速度v1、v2、v3。-7-8-六、誤差分析1.本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過(guò)程中要克服各種阻力(空

3、氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力)做功,故動(dòng)能的增加量Ek稍小于重力勢(shì)能的減少量Ep,即EkEp這屬于系統(tǒng)誤差。改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝,盡可能地減小阻力。2.本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)誤差來(lái)源于長(zhǎng)度的測(cè)量,屬偶然誤差。減小誤差的辦法是測(cè)下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起,一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完;或者多次測(cè)量取平均值來(lái)減小誤差。3.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的誤差(1)由于交變電流周期的變化,引起打點(diǎn)時(shí)間間隔變化而產(chǎn)生誤差;(2)讀數(shù)點(diǎn)選擇不好,振動(dòng)片振動(dòng)不均勻,紙帶放置方法不正確引起摩擦,造成實(shí)驗(yàn)誤差。-9-七、注意事項(xiàng)1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺(tái)上,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整到豎直方向,以減小摩擦阻力。2.重物要

4、選用密度大、體積小的物體,這樣可以減小空氣阻力的影響,從而減小實(shí)驗(yàn)誤差。3.實(shí)驗(yàn)中,需保持提紙帶的手不動(dòng),且保證紙帶豎直,待接通電源,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后,再松開(kāi)紙帶。4.測(cè)量下落高度時(shí),為了減小測(cè)量值h的相對(duì)誤差,選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)一些,紙帶也不易過(guò)長(zhǎng),有效長(zhǎng)度可在6080 cm之間。5.不需測(cè)出物體質(zhì)量,只需驗(yàn)證 即可。-10-11-考向1考向2考向3實(shí)驗(yàn)原理與操作實(shí)驗(yàn)原理與操作例1(2017天津卷)如圖甲所示,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上,使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開(kāi)始自由下落,利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。甲 -12-考向1考向2考向3(1)對(duì)于該實(shí)驗(yàn),下列操作中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有利的是

5、()A.重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘B.兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對(duì)正C.精確測(cè)量出重物的質(zhì)量D.用手托穩(wěn)重物,接通電源后,撤手釋放重物AB解析 重物選擇質(zhì)量、密度較大的金屬錘,可減小空氣阻力的影響保證自由下落,故A正確。兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對(duì)正,減小紙帶與限位孔間的阻力,保證自由下落,故B正確。由mgh= mv2可得m的大小與實(shí)驗(yàn)結(jié)論無(wú)關(guān),故C不正確。用手拿著紙帶的上端,讓重物懸空,先接通電源,再釋放。若托重物再釋放,紙帶不繃緊,實(shí)驗(yàn)誤差大,故D錯(cuò)誤。-13-考向1考向2考向3(2)某實(shí)驗(yàn)小組利用上述裝置將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到50 Hz的交流電源上,按正確操作得到了一條完整的紙帶,由于紙帶

6、較長(zhǎng),圖中有部分未畫(huà)出,如圖乙所示。紙帶上各點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn),其中O點(diǎn)為紙帶上打出的第1個(gè)點(diǎn)。重物下落高度應(yīng)從紙帶上計(jì)時(shí)點(diǎn)間的距離直接測(cè)出,利用下列測(cè)量值能完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的選項(xiàng)有 () 乙A.OA、AD和EG的長(zhǎng)度B.OC、BC和CD的長(zhǎng)度C.BD、CF和EG的長(zhǎng)度D.AC、BD和EG的長(zhǎng)度 答案解析解析關(guān)閉要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,必須測(cè)出下落高度,計(jì)算相應(yīng)點(diǎn)的瞬時(shí)速度。A項(xiàng),OA段可求得OA中點(diǎn)速度大小,AD段可求得AD中點(diǎn)速度的大小,EG段可求得F點(diǎn)速度的大小,但不可求得各中點(diǎn)間的距離大小,因此無(wú)法求得相應(yīng)過(guò)程中重物的重力勢(shì)能的變化量,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;B項(xiàng),根據(jù)BC段、CD段的

7、距離可求得C點(diǎn)的速度大小,即可求得C點(diǎn)處的動(dòng)能大小,由O點(diǎn)處動(dòng)能為0,可求得OC段動(dòng)能的變化量,再根據(jù)OC段距離即可求得C點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的重力勢(shì)能變化量,驗(yàn)證機(jī)械能守恒,故B項(xiàng)正確;C項(xiàng),根據(jù)已知BD段長(zhǎng)度可求得C點(diǎn)的速度大小,已知EG長(zhǎng)度可求得F點(diǎn)速度大小,進(jìn)而求得C點(diǎn)到F點(diǎn)的動(dòng)能變化,又因?yàn)橐阎狢F的長(zhǎng)度大小,可求得其重力勢(shì)能的變化量,故C項(xiàng)正確;D項(xiàng),由AC段長(zhǎng)度可求得B點(diǎn)的速度大小,BD段長(zhǎng)度可求得C點(diǎn)的速度大小,EG段長(zhǎng)度可求得F點(diǎn)的速度大小,但無(wú)法求得各已知速度的點(diǎn)間的距離大小,無(wú)法求得其重力勢(shì)能的變化量,故D項(xiàng)錯(cuò)誤,故選B、C。 答案解析關(guān)閉BC-14-考向1考向2考向3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與

8、誤差分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2(2018江西南昌模擬)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)時(shí)接通電源,質(zhì)量為m2的重物從高處由靜止釋放,質(zhì)量為m1的重物拖著紙帶打出一系列的點(diǎn),圖乙是實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶,A是打下的第1個(gè)點(diǎn),量出計(jì)數(shù)點(diǎn)E、F、G到A點(diǎn)距離分別為h1、h2、h3,每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的計(jì)時(shí)間隔為T,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。(以下所求物理量均用已知符號(hào)表達(dá))-15-考向1考向2考向3(1)在打點(diǎn)AF的過(guò)程中,系統(tǒng)動(dòng)能的增加量Ek= ,系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量Ep=,比較Ek、Ep大小即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 (2)某同學(xué)根據(jù)紙帶算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)速度,并作出 圖像如圖丙所示,若圖線的斜率

9、k=,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 -16-考向1考向2考向3-17-考向1考向2考向3實(shí)驗(yàn)探究拓展實(shí)驗(yàn)探究拓展例3某同學(xué)用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。一根細(xì)線系住鋼球,懸掛在鐵架臺(tái)上,鋼球靜止于A點(diǎn)。光電門固定在A的正下方,在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條。將鋼球拉至不同位置由靜止釋放,遮光條經(jīng)過(guò)光電門的擋光時(shí)間t可由計(jì)時(shí)器測(cè)出,取 作為鋼球經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度。記錄鋼球每次下落的高度h和計(jì)時(shí)器示數(shù)t,計(jì)算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和A點(diǎn)之間的勢(shì)能變化大小Ep與動(dòng)能變化大小Ek,就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。甲 -18-考向1考向2考向3(1)用Ep=mgh計(jì)算鋼球重力勢(shì)能變化的大小,式中鋼球下落

10、高度h應(yīng)測(cè)量釋放時(shí)的鋼球球心到之間的豎直距離。 A.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的頂端B.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的球心C.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的底端-19-考向1考向2考向3(2)用 計(jì)算鋼球動(dòng)能變化的大小。用刻度尺測(cè)量遮光條寬度,示數(shù)如圖乙所示,其讀數(shù)為 cm。某次測(cè)量中,計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.010 0 s,則鋼球的速度為v= m/s。 乙 -20-考向1考向2考向3(3)下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果: 他發(fā)現(xiàn)表中的Ep與Ek之間存在差異,認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點(diǎn)?請(qǐng)說(shuō)明理由。(4)請(qǐng)你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議。-21-考向1考向2考向3解析 (1)因?yàn)檠芯繉?duì)象是鋼球,鋼球下落的高度應(yīng)為初末位置球心之間的豎直距離。(2)應(yīng)用毫米刻度尺測(cè)長(zhǎng)度時(shí),測(cè)量結(jié)果應(yīng)估讀到毫米的下一位,故讀數(shù)為15.0 mm=1.50 cm。據(jù)公式v= =1.50 m/s知鋼球過(guò)A點(diǎn)時(shí)瞬時(shí)速度為1.50 m/s。(3)若考慮空氣阻力的影響,下落過(guò)程由能量守恒定律知減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為鋼球的動(dòng)能和因克服阻力