實驗六　驗證機械能守恒定律（43）ppt課件

1、20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理第五章第五章 機械能機械能實驗六驗證機械能守恒定律實驗六驗證機械能守恒定律20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理過好雙基關(guān)20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理1.實驗目的實驗目的驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律.2.實驗原理實驗原理(如圖如圖1所示所示)經(jīng)過實驗，求出做自在落體運動物體的經(jīng)過實驗，求出做自在落體運動物體的_和相應過程動能的添加量，假設二者相等和相應過程動能的添加量，假設二者相等，闡明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律，闡明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律.圖1根本實驗要求根本實驗要求重

2、力勢能的減少量20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理3.實驗器材實驗器材打點計時器、電源、紙帶、復寫紙、重物、打點計時器、電源、紙帶、復寫紙、重物、 、鐵架臺、鐵架臺(帶鐵夾帶鐵夾)、導線兩根、導線兩根.4.實驗步驟實驗步驟(1)安裝器材：將安裝器材：將 固定在鐵架臺上，用導線將打點計時器與低壓電源固定在鐵架臺上，用導線將打點計時器與低壓電源相連相連.(2)打紙帶打紙帶用手豎直提起紙帶，使重物?？吭诖螯c計時器下方附近，先用手豎直提起紙帶，使重物停靠在打點計時器下方附近，先 ，再，再 ，讓重物自在下落，打點計時器就在紙帶上打出一系列的點，取下紙帶，讓重物自在下落，打點計時器就在紙

3、帶上打出一系列的點，取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條換上新的紙帶重打幾條(35條條)紙帶紙帶.刻度尺打點計時器接通電源松開紙帶20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(3)選紙帶：分兩種情況闡明假設選第1點O到下落到某一點的過程，即用_來驗證，應選點跡明晰，且第1、2兩點間間隔小于或接近 的紙帶.用 驗證時，由于重力勢能的相對性，處置紙帶時選擇適當?shù)狞c為基準點，這樣紙帶上打出的第1、2兩點間的間隔能否小于或接近2 mm就無關(guān)緊要了.5.實驗結(jié)論在 的范圍內(nèi)，自在落體運動過程機械能守恒.2 mm誤差允許20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理1.誤差分析誤差分析(1)丈

4、量誤差：減小丈量誤差的方法，一是測下落間隔時都從丈量誤差：減小丈量誤差的方法，一是測下落間隔時都從0點量起，一次點量起，一次將各打點對應下落高度丈量完，二是多測幾次取平均值將各打點對應下落高度丈量完，二是多測幾次取平均值.(2)系統(tǒng)誤差：由于重物和紙帶下落過程中要抑制阻力做功，故動能的添加系統(tǒng)誤差：由于重物和紙帶下落過程中要抑制阻力做功，故動能的添加量量Ek mvn2必定稍必定稍 于重力勢能的減少量于重力勢能的減少量Epmghn，改良方法是調(diào)，改良方法是調(diào)整安裝的器材，盡能夠地減小整安裝的器材，盡能夠地減小 .規(guī)律方法總結(jié)規(guī)律方法總結(jié)小阻力20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理

5、2.本卷須知本卷須知(1)打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要 架穩(wěn)，使其兩限位孔在同架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)，以減少一豎直平面內(nèi)，以減少 .(2)重物應選用質(zhì)量大、體積小、密度大的資料重物應選用質(zhì)量大、體積小、密度大的資料.(3)應先接通電源，讓打點計時器正常任務，后松開紙帶讓重物下落應先接通電源，讓打點計時器正常任務，后松開紙帶讓重物下落.(4)測長度，算速度：某時辰的瞬時速度的計算運用測長度，算速度：某時辰的瞬時速度的計算運用vn_，不能用不能用vn 或或vngt來計算來計算.豎直摩擦阻力20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理

6、3.驗證方案方案一：利用起始點和第n點計算代入mghn和 mvn2，假設在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，mghn和 mvn2相等，那么驗證了機械能守恒定律.方案二：任取兩點計算(1)任取兩點A、B，測出hAB，算出mghAB. (3)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，假設mghAB 那么驗證了機械能守恒定律.20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理方案三：圖象法從紙帶上選取多個點，丈量從第一點到其他各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以 v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出 v2h圖象.假設在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過原點且斜率為g的直線，那么驗證了機械能守恒定律.2019201

7、9高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理研透命題點20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理例例1(2021天津理綜天津理綜9(2)如圖如圖2所示，打點計時器固定在鐵架臺上，使重所示，打點計時器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開場自在下落，利用此安裝驗證機械能守恒定律物帶動紙帶從靜止開場自在下落，利用此安裝驗證機械能守恒定律.命題點一教材原型實驗命題點一教材原型實驗根底考點自主悟透根底考點自主悟透答案解析圖2(1)對于該實驗，以下操作中對減小實驗誤差有利的是 .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)上下對正C.準確丈量出重物的質(zhì)量D.用手托穩(wěn)重物，接通電源

8、后，撤手釋放重物20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理解析重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘，可以減小空氣阻力的影響，以解析重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘，可以減小空氣阻力的影響，以減小誤差，故減小誤差，故A正確；正確；兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正，減小紙帶和打點計時器之間的阻力，兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正，減小紙帶和打點計時器之間的阻力，以減小誤差，故以減小誤差，故B正確；正確；驗證機械能守恒定律的原理是：mgh 重物質(zhì)量可以消掉，無需準確丈量出重物的質(zhì)量，故C錯誤；用手托穩(wěn)重物，接通電源后，撤手釋放重物對減小實驗誤差無影響，故D錯誤.20192019高考一輪總復習高考一輪

9、總復習 物理物理(2)某實驗小組利用上述安裝將打點計時器接到50 Hz的交流電源上，按正確操作得到了一條完好的紙帶，由于紙帶較長，圖中有部分未畫出，如圖3所示.紙帶上各點是打點計時器打出的計時點，其中O點為紙帶上打出的第一個點.重物下落高度應從紙帶上計時點間的間隔直接測出，利用以下丈量值能完成驗證機械能守恒定律的選項有 .A.OA、AD和EG的長度B.OC、BC和CD的長度C.BD、CF和EG的長度D.AC、BD和EG的長度答案解析圖320192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理解析利用紙帶數(shù)據(jù)，根據(jù)解析利用紙帶數(shù)據(jù)，根據(jù)mgh mv2即可驗證機械能守恒定律即可驗證機械能守恒定律.要

10、從紙帶要從紙帶上測出重物下落的高度并計算出對應的速度，選項上測出重物下落的高度并計算出對應的速度，選項A、D的條件中，下落高的條件中，下落高度與所能計算的速度不對應；度與所能計算的速度不對應； 選項選項B的條件符合要求，可以取重物下落的條件符合要求，可以取重物下落OC時處置；時處置；選項選項C中，可以求出中，可以求出C、F點的瞬時速度，又知點的瞬時速度，又知CF間的間隔，可以利用間的間隔，可以利用 mv22 mv12mgh驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律.20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理解析重物下落過程中重力勢能減少，動能添加，故該實驗需求比較重物解析重物下落過程中重

11、力勢能減少，動能添加，故該實驗需求比較重物下落過程中恣意兩點間的動能變化量與勢能變化量在誤差允許范圍內(nèi)能否下落過程中恣意兩點間的動能變化量與勢能變化量在誤差允許范圍內(nèi)能否相等，相等，A項正確項正確. 變式變式1(2021北京理綜北京理綜21(2)利用圖利用圖4安裝做安裝做“驗證機械能守恒定律的實驗證機械能守恒定律的實驗驗.(1)為驗證機械能能否守恒，需求比較重物下落過程為驗證機械能能否守恒，需求比較重物下落過程中恣意兩點間的中恣意兩點間的 .A.動能變化量與勢能變化量動能變化量與勢能變化量B.速度變化量和勢能變化量速度變化量和勢能變化量C.速度變化量和高度變化量速度變化量和高度變化量答案解析圖

12、420192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導線及開關(guān)外，在以下器材中，還必需運用的兩種器材是 .A.交流電源B.刻度尺C.天平(含砝碼)解析解析電磁打點計時器運用的是交流電源，應選解析電磁打點計時器運用的是交流電源，應選A.需求測紙帶上兩點間的間隔，還需求刻度尺，選需求測紙帶上兩點間的間隔，還需求刻度尺，選B.根據(jù)根據(jù)mgh mv22 mv12可將等式兩邊的質(zhì)量抵消，不需求天平，不可將等式兩邊的質(zhì)量抵消，不需求天平，不選選C.答案20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(3)實驗中，先接通電源，再釋放重物

13、，得到圖5所示的一條紙帶.在紙帶上選取三個延續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的間隔分別為hA、hB、hC.知當?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T.設重物的質(zhì)量為m.從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量Ep ，動能變化量Ek .解析答案圖5mghB20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(4)大多數(shù)學生的實驗結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動能的添加量，緣由是 .A.利用公式vgt計算重物速度B.利用公式v 計算重物速度C.存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D.沒有采用多次實驗取平均值的方法解析解析重物重力勢能

14、的減少量大于動能的添加量，是由于重物下落過程中解析重物重力勢能的減少量大于動能的添加量，是由于重物下落過程中存在空氣阻力和摩擦阻力的影響，存在空氣阻力和摩擦阻力的影響，C正確正確.答案20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(5)某同窗想用下述方法研討機械能能否守恒：在紙帶上選取多個計數(shù)點，丈量它們到起始點O的間隔h，計算對應計數(shù)點的重物速度v，描畫v2h圖象，并做如下判別：假設圖象是一條過原點的直線，那么重物下落過程中機械能守恒，請他分析論證該同窗的判別能否正確.答案解析答案不正確，理由見解析答案不正確，理由見解析解析該同窗的判別根據(jù)不正確，在重物下落解析該同窗的判別根據(jù)不正確

15、，在重物下落h的過程中，假設阻力的過程中，假設阻力Ff恒定恒定，根據(jù)，根據(jù)mghFfh mv20，那么，那么v22(g )h可知，可知，v2h圖象就是過圖象就是過原點的一條直線原點的一條直線.要想經(jīng)過要想經(jīng)過v2h圖象來驗證機械能能否守恒，還必需看圖象圖象來驗證機械能能否守恒，還必需看圖象的斜率能否接近的斜率能否接近2g.20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理類型類型1實驗安裝的創(chuàng)新實驗安裝的創(chuàng)新例例2某研討性學習小組利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗安裝如圖某研討性學習小組利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗安裝如圖6甲甲所示所示.在氣墊導軌上相隔一定間隔的兩處安裝兩個光電

16、傳感器在氣墊導軌上相隔一定間隔的兩處安裝兩個光電傳感器A、B，滑塊，滑塊P上固上固定一遮光條，假設光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感定一遮光條，假設光線被遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計算機相連器采集數(shù)據(jù)后與計算機相連.滑塊在細線的牽引下向左加速運動，遮光條經(jīng)過光滑塊在細線的牽引下向左加速運動，遮光條經(jīng)過光電傳感器電傳感器A、B時，經(jīng)過計算機可以得到如圖乙所示的電壓時，經(jīng)過計算機可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間隨時間t變化的圖象變化的圖象.命題點二實驗創(chuàng)新命題點二實驗創(chuàng)新才干考點師生共研才干考點師生共研圖620192019高考一輪總復習高考一輪總

17、復習 物理物理(1)實驗前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導軌上，輕推滑塊，當圖乙中的t1 t2(選填“或“)時，闡明氣墊導軌曾經(jīng)程度.答案解析解析實驗前，接通氣源，將滑塊解析實驗前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼不掛鉤碼)置于氣墊導軌上，輕推滑塊，置于氣墊導軌上，輕推滑塊，當圖乙中的當圖乙中的t1t2時，闡明滑塊曾經(jīng)勻速運動，闡明氣墊導軌曾經(jīng)程度時，闡明滑塊曾經(jīng)勻速運動，闡明氣墊導軌曾經(jīng)程度.20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(2)用游標卡尺測遮光條寬度d，丈量結(jié)果如圖丙所示，那么d mm.答案解析解析用游標卡尺測遮光條寬度解析用游標卡尺測遮光條寬度d，那么，那么d5.

18、0 mm.5.020192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(3)滑塊P用細線跨過氣墊導軌左端的定滑輪與鉤碼Q相連，鉤碼Q的質(zhì)量為m.將滑塊P由圖甲所示位置釋放，經(jīng)過計算機得到的圖象如圖乙所示，假設t1、t2和d知，要驗證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能能否守恒，還應測出 (寫出物理量的稱號及符號).答案解析滑塊質(zhì)量M和兩光電門間間隔L20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(4)假設上述物理量間滿足關(guān)系式 ，那么闡明在上述過程中，滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒.答案解析20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物

19、理變式變式2利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗安裝如圖利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗安裝如圖7甲所示，程度桌面甲所示，程度桌面上固定一傾斜的氣墊導軌，導軌上上固定一傾斜的氣墊導軌，導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細繩和一質(zhì)量為，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細繩和一質(zhì)量為m的小球相連；遮光片的小球相連；遮光片兩條長邊與導軌垂直，導軌上兩條長邊與導軌垂直，導軌上B點有一光電門，可以丈量遮光片經(jīng)過光電門時點有一光電門，可以丈量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間的擋光時間t，用，用d表示表示A點到光電門點到光電門B處

20、的間隔，處的間隔，b表示遮光片的寬度，將遮光表示遮光片的寬度，將遮光片經(jīng)過光電門的平均速度看做滑塊經(jīng)過片經(jīng)過光電門的平均速度看做滑塊經(jīng)過B點時點時的瞬時速度，實驗時滑塊在的瞬時速度，實驗時滑塊在A處由靜止開場運動處由靜止開場運動.(1)某次實驗測得傾角某次實驗測得傾角30，重力加速度用，重力加速度用g表示，滑塊從表示，滑塊從A處到達處到達B處時處時m和和M組成的系統(tǒng)組成的系統(tǒng)動能添加量可表示為動能添加量可表示為Ek ，系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為，系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為ep ，在誤差允許的范圍內(nèi)，假設，在誤差允許的范圍內(nèi)，假設EkEp，那么可以為系統(tǒng)的機，那么可以為系統(tǒng)的機械能械能守恒守

21、恒.(用題中字母表示用題中字母表示) 答案解析圖720192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(2)在上述實驗中，某同窗改動A、B間的間隔，作出的v2d圖象如圖乙所示，并測得Mm，那么重力加速度g m/s2.答案解析9.620192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理類型類型2實驗方案的創(chuàng)新實驗方案的創(chuàng)新例例3用如圖用如圖8甲所示的實驗安裝驗證甲所示的實驗安裝驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒組成的系統(tǒng)機械能守恒.m2從高處從高處由靜止開場下落，由靜止開場下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進展丈量上拖著的

22、紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進展丈量，即可驗證機械能守恒定律，即可驗證機械能守恒定律.如圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶，如圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶，0是打下是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點個點(圖中未標出圖中未標出)，所用電源的頻率為，所用電源的頻率為50 Hz.知知m150 g、m2150 g.(結(jié)果均保管兩位有效數(shù)字結(jié)果均保管兩位有效數(shù)字)，那么：，那么：圖8(1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v5 m/s；答案解析2.420192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(2

23、)在打下0點到第5點的過程中系統(tǒng)動能的增量Ek J，系統(tǒng)重力勢能的減少量Ep J；(當?shù)氐闹亓铀俣萭取10 m/s2)答案解析0.580.60解析解析Ek (m1m2)v5200.58 J，Epm2gh5m1gh50.60 J.20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(3)假設某同窗作出 v2h圖象如圖丙所示，那么當?shù)氐闹亓铀俣萭_m/s2. 答案解析9.7解得g9.7 m/s2.20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理變式變式3某同窗利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定某同窗利用豎直上拋小球的頻閃照片驗證機械能守恒定律，頻閃儀每隔律，頻閃儀每隔0.05

24、s閃光一次，如圖閃光一次，如圖9所標數(shù)據(jù)為實踐間隔，該所標數(shù)據(jù)為實踐間隔，該同窗經(jīng)過計算得到不同時辰的速度如下表同窗經(jīng)過計算得到不同時辰的速度如下表.(當?shù)刂亓铀俣热‘數(shù)刂亓铀俣热?.8 m/s2，小球質(zhì)量，小球質(zhì)量m0.2 kg，結(jié)果保管，結(jié)果保管3位有效數(shù)字位有效數(shù)字)答案解析3.48圖9時刻t2t3t4t5速度(ms1)4.994.483.98 (1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時辰小球的速度v5 m/s；20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(2)從t2到t5時間內(nèi)，重力勢能的增量Ep J，動能的減少量Ek J；答案解析1.241.2820192019高考一輪總復習高

25、考一輪總復習 物理物理(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，假設Ep與Ek近似相等，即驗證了機械能守恒定律.由上述計算得Ep (選填“或“)Ek，呵斥這種結(jié)果的主要緣由是 .答案解析存在空氣阻力解析由計算可得解析由計算可得EpEk，主要是由于存在空氣阻力，主要是由于存在空氣阻力.20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理圖10命題點三實驗拓展命題點三實驗拓展才干考點師生共研才干考點師生共研例例4某同窗用如圖某同窗用如圖10所示的安裝驗證機械能守恒定律所示的安裝驗證機械能守恒定律.一根細線系住鋼球，懸一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點，光電門固定在點，光電門

26、固定在A的正下方，在鋼球底部豎直地的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為粘住一片寬度為d的遮光條的遮光條.將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間門的擋光時間t可由計時器測出，取可由計時器測出，取v 作為鋼球經(jīng)過作為鋼球經(jīng)過A點時的速度點時的速度.記錄鋼球每記錄鋼球每次下落的高度次下落的高度h和計時器示數(shù)和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變點之間的勢能變化大小化大小Ep與動能變化大小與動能變化大小Ek，就能驗證機械能能否守恒，就能驗證機械能能否守恒.(1)用用Epmgh計算鋼球重力勢能變

27、化的大小，式中鋼球下計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度落高度h應丈量釋放時的鋼球球心到應丈量釋放時的鋼球球心到 之間的豎直間隔之間的豎直間隔.A.鋼球在鋼球在A點時的頂端點時的頂端B.鋼球在鋼球在A點時的球心點時的球心C.鋼球在鋼球在A點時的底端點時的底端答案解析解析鋼球下落高度解析鋼球下落高度h，應丈量釋，應丈量釋放時的鋼球球心到鋼球在放時的鋼球球心到鋼球在A點時的點時的球心之間的豎直間隔，應選球心之間的豎直間隔，應選B. 20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(2)用Ek mv2計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺丈量遮光條寬度，示數(shù)如圖11所示，其讀數(shù)為 cm.某次丈量中，計時器的示數(shù)為0.010 0 s，那么鋼球的速度為v m/s.答案解析圖111.501.50 20192019高考一輪總復習高考一輪總復習 物理物理(3)下表為該同窗的實驗結(jié)果：答案解析Ep(102 J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38Ek(102 J)5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的Ep與Ek之間存在差別，以為這是由于空氣阻力呵斥的.他能否贊同他的觀念？