（通用版）2020高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第5單元 機械能 實驗六 驗證機械能守恒定律課件 新人教版.ppt

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1、實驗六 驗證機械能守恒定律,實驗溯本求源實驗熱點探究課時鞏固訓(xùn)練教師備用習(xí)題,一、實驗?zāi)康?驗證機械能守恒定律. 二、實驗原理 1.在只有重力做功的自由落體運動中,物體的重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)化,但總的機械能.若質(zhì)量為m的物體做自由落體運動,下落高度為h時的速度為v,則重 力勢能的減少量為,動能的增加量為,如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)重力勢能的減少量與相等,則驗證了機械能守恒定律.,,保持不變,,mgh,動能的增加量,2.速度的測量:做勻變速直線運動的紙帶上某點的瞬時速度等于相鄰兩點間的.計算打第n個點瞬時速度的方法是:測出第n個點的相鄰前、后兩 段相等時間T內(nèi)下落的距離xn和xn+1,由公式vn

2、=計算.,,,平均速度,三、實驗器材 鐵架臺(含鐵夾)、、電源及導(dǎo)線(使用電火花計時器時用220 V交流電源)、紙帶、復(fù)寫紙片、、 重物(帶紙帶夾),實驗裝置如圖S6-1所示. 四、實驗步驟 1.器材安裝:如圖S6-1所示,將打點計時器固定在鐵架臺上,用 導(dǎo)線將電磁打點計時器與低壓交流電源相連,此時電源開關(guān) 應(yīng)為狀態(tài).,,,,圖S6-1,電磁打點計時器,低壓交流,毫米刻度尺,斷開,2.打紙帶:把紙帶的一端用夾子固定在重物上,另一端穿過打點計時器的限位孔,用手豎直提起紙帶,使重物?？吭诖螯c計時器下方附近,應(yīng)先,待打點穩(wěn)定后再松開紙帶.讓重物自由下落,打點計時器就在紙帶上打出一系列的點,取下紙帶,

3、換上新的紙帶重打幾條(35條)紙帶. 3.選紙帶:用起始點初速度為零驗證.選點跡清晰,且1、2兩點間距離小于或接近2 mm的紙帶進行測量.若1、2兩點間的距離大于2 mm,這是由于先釋放紙帶,后接通電源造成的,則第1個點對應(yīng)的瞬時速度(選填“不等于”或“等于”)零. 4.數(shù)據(jù)測量 5.驗證結(jié)論:在的范圍內(nèi),重物自由下落過程中機械能守恒.,,,接通電源,誤差允許,不等于,熱點一實驗原理和實驗操作,,例1 某同學(xué)用如圖S6-2甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律.實驗所用的電源為學(xué)生電源,可以提供輸出電壓為6 V的交變電流和直流電,交變電流的頻率為50 Hz.重錘從高處由靜止開始下落,打點計時器在紙

4、帶上打出一系列的點,對紙帶上的點測量并分析,即可驗證機械能守恒定律. (1)他進行了下面幾個操作步驟: A.按照圖示的裝置安裝器材; B.將打點計時器接到電源的“直流輸出”上; C.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; E.測量紙帶上某些點間的距離; F.根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于其增加的動能. 其中沒有必要進行的步驟是,操作不當(dāng)?shù)牟襟E是.(均填步驟前的選項字母),,,,,,圖S6-2,,,,,,,,圖S6-3,,,,,,變式題 某學(xué)習(xí)小組用如圖S6-4所示的實驗裝置驗證“機械能守恒定律”.他們在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門B,細線

5、一端連在滑塊(帶遮光條)上,另一端繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與鉤碼相連,每次滑塊都從A處由靜止釋放. (1)下列實驗要求中不必要的一項是(填選項前的字母). A.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平 B.應(yīng)使細線與氣墊導(dǎo)軌平行 C.應(yīng)使A位置與光電門B間的距離適 當(dāng)大些 D.應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量,,,,,,圖S6-4,,(2)用螺旋測微器測量遮光條寬度d,測量結(jié)果如圖S6-5所示,則d= mm. (3)實驗時,已知滑塊(帶遮光條)的質(zhì)量為M,鉤碼質(zhì)量為m,A、B間的距離為L,遮光條的寬度為d,遮光條通過光電門的時間為t,重力加速度為g,若滿足關(guān)系式(用M、m、g、L、d、t表示),即可驗證從A

6、到B過程中 系統(tǒng)機械能守恒.,,,,,,圖S6-5,,,,, 要點總結(jié),(1)安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn),使兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以減小摩擦阻力. (2)重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料. (3)應(yīng)先接通電源,讓打點計時器正常工作后,再松開紙帶讓重物下落. (4)紙帶長度應(yīng)選用60 cm左右為宜,應(yīng)選用點跡清晰的紙帶進行測量.,,熱點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析,,例2 某同學(xué)安裝如圖S6-6所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律.如圖S6-7所示是該實驗得到的一條點跡清晰 的紙帶,現(xiàn)要取A、B兩點 來驗證,已知電火花計時 器每隔0.02 s打一個點.,,,,,圖S6-6圖S6-7,,請回答下列問題

7、: (1)電火花計時器的工作電壓是 V. (2)若x2=4.80 cm,則在紙帶上打下計數(shù)點B時的 速度vB=m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字). (3)若x1數(shù)據(jù)也已測出,則實驗還需測出的物理 量為. (4)經(jīng)過測量計算后,某同學(xué)畫出了如圖S6-8所 示的E-h圖線,則圖中表示重物動能隨重物高度變化的曲線為(選填“圖線A”或“圖線B”).,,,,圖S6-8,,,,,答案 (1)220(2)1.20(3)A、B之間的距離(或hAB)(4)圖線B,,,,,變式題 用如圖S6-9所示實驗裝置驗證物塊1、2組成的系統(tǒng)機械能守恒,物塊2從高處由靜止開始下落,物塊1上拖著的紙帶打出一系列的點,對紙帶上的點進

8、行測量,即可驗證機械能守恒定律.圖S6-10給出的是實驗中獲取的一條紙帶,其中0是打下的第一個點,相鄰兩個計數(shù)點間還有4個打點(圖中未標(biāo)出,交流電的頻率為50 Hz),計數(shù)點間的距離如圖所示.已知物塊1、2的質(zhì)量分別為m1=50 g、m2=150 g, g取9.8 m/s2.,,,,,,圖S6-9,,圖S6-10,,,,,(1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v= m/s. (2)在打點05過程中系統(tǒng)動能的增加量Ek=J,系統(tǒng)勢能的減少量Ep= J.可知在實驗誤差允許的范圍內(nèi),系統(tǒng)的機械能.,,,,,,,,,答案 (1)2.4(2)0.5760.588守恒, 要點總結(jié),,熱點三同類實驗拓展與創(chuàng)新,

9、,,,,,,,,,,,,例3 為了驗證機械能守恒定律,某學(xué)生想到用氣墊導(dǎo)軌和光電門及質(zhì)量為m的小車來進行實驗,如圖S6-11所示,他將長為L、原來已調(diào)至水平的氣墊導(dǎo)軌的左端墊高H,在導(dǎo)軌上的兩點處分別安裝光電門A和B,然后將小車從導(dǎo)軌上端釋放,光電門自動記錄小車經(jīng)過上、下光電門時車上擋光片的擋光時間為t1、t2,用游標(biāo)卡尺測得擋光片寬度為d. (1)要驗證小車在運動過程中機械能守恒,還必須測 出. (2)寫出本實驗驗證機械能守恒定律的表達式: (用上面測量出的物理量符號表示).,,,圖S6-11,,,,,,(3)實驗所用滑塊的質(zhì)量m=600 g,其他數(shù)據(jù)分別為L=1.5 m、H=10 cm、

10、l=50 cm,則實驗中重力勢能的減少量為J.(g取10 m/s2) (4)如果氣墊導(dǎo)軌左端墊高H的值可調(diào),此實驗還可以探究在質(zhì)量不變時,物體的加速度與合力的關(guān)系,回答下列問題: 小車的加速度為a=,小車所受合力為F=.(用上面測量出的物理量符號表示) 要改變小車受到的合力,只需改變;作加速度合力圖像時,橫軸可用代替.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,變式題 某同學(xué)設(shè)計出如圖S6-12所示“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置,小球用輕質(zhì)細繩懸掛于O點,在O點正下方固定一刀片,并在水平地面上用重錘記錄下O點在水平面的投影,將小球拉至與O等高的水平位置處,繩被拉直,從靜止釋放小球,當(dāng)小球到達O

11、點正下方時,刀片割斷細繩,小球做平拋運動,記錄下小球的落點. (1)下列物理量中需要測量的是(填選項前的字母). A.細繩的長度L B.O點到地面的高度H C.O點在地面的投影到小球落點的水平距離x D.小球的質(zhì)量m (2)利用題(1)中的字母,需要驗證的等式是.,,,,圖S6-12,,,,, 要點總結(jié),,,,,,,,,1.用自由落體法驗證機械能守恒定律,器材安裝如圖S6-13所示. (1)請指出圖中的錯誤及不妥之處(至少寫出兩處): ; . (2)改進實驗中錯誤及不妥之處后,打出如圖S6-14所示的一 條紙帶.已知打點計時器所接電源的頻率為50 Hz,根據(jù)紙帶 所給數(shù)據(jù),打C點時重物的速度

12、為(結(jié)果保留兩位 有效數(shù)字)m/s.,,,,,,,,圖S6-13,,,,,,,,,,,,圖S6-14,圖S6-15,,,,,(4)通過分析發(fā)現(xiàn)造成k2值偏小的原因是實驗過程中存在各種阻力,已知實驗所用重物的質(zhì)量m2=0.052 kg,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.78 m/s2,則重物所受的平均阻力f= (結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)N.,,,,,,,,,,,,,,,,2.某課外小組利用豎直上拋運動驗證機械能守恒定律. (1)某同學(xué)利用20分度的游標(biāo)卡尺測量小球的直徑,讀數(shù)如圖S6-16所示,小球的直徑d=cm.,,,,,,,圖S6-16,,,,,(2)用如圖S6-17所示的彈射裝置將小球豎直向上彈出,小球

13、先后經(jīng)過光電門A、B,計時裝置測出通過A和B的時間分別為tA和tB,用刻度尺測出光電門A、B間距離h,已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間,則只需要驗證等量關(guān)系式(用所測物理量符號表示)成立,就可說明在誤差允許范圍內(nèi)小球機械能守恒.,,,,,,,,圖S6-17,,,,,,,,,3.在驗證機械能守恒定律的實驗中,使質(zhì)量為m=200 g的重物拖著紙帶自由下落,打點計時器在紙帶上打出一系列的點.選取一條符合實驗要求的紙帶如圖S6-18所示,O為紙帶下落的起始點,A、B、C為紙帶上選取的三個連續(xù)點.已知打點計時器每隔T=0.02 s打一個點,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間=9.80 m/s2.,,,,,,,,圖S6-18

14、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4.2018深圳二調(diào) 某同學(xué)從實驗室天花板處自由釋放一鋼球,用頻閃攝影手段驗證機械能守恒定律.頻閃儀每隔相等時間短暫閃光一次,照片上記錄了鋼球在各個時刻的位置.(1)操作時比較合理的做法是(填選項前的字母). A.先打開頻閃儀,再釋放鋼球 B.先釋放鋼球,再打開頻閃儀 (2)頻閃儀閃光頻率為f,拍到整個下落過程中的頻閃照片如圖S6-19所示,結(jié)合實驗場景估算f的可能值為(填選項前的字母). 0.1 Hz B. 1 Hz C.10 Hz D. 100 Hz,,,,,,,,,,圖S6-19,,,,,(3)用刻度尺在照片上測量鋼球各位置到釋放點O的距離分

15、別為s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8,重力加速度為g.已知實際直徑與照片上鋼球直徑之比為k.用游標(biāo)卡尺測出鋼球?qū)嶋H直徑D,如圖S6-20所示,則D= cm. (4)選用以上各物理量符號,驗證從O到A過程中鋼球機械能守恒成立的關(guān)系式為:2gs5=.,,,,,,,,,圖S6-20,,,,,,,,,5.某實驗小組利用如圖S6-21所示的裝置驗證機械能守恒定律,實驗主要步驟如下: 將光電門安放在固定于水平地面上的長木板上; 將細繩一端連在小車上,另一端繞過兩個定滑輪后懸掛一鉤碼,調(diào)節(jié)木板上滑輪的高度,使該滑輪與小車間的細繩與木板 平行; 測出開始時小車上遮光板與光電門之間 的距離L,接通

16、電源,釋放小車,記下小車遮 光板經(jīng)過光電門的時間t;,,,,,,,,,,圖S6-21,,,,,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算出小車與鉤碼組成的系統(tǒng)動能的增加量和鉤碼重力勢能的減少量; 改變L的大小,重復(fù)步驟、.若在誤差允許范圍內(nèi),系統(tǒng)動能的增加量均等于鉤碼重力勢能的減少量,說明該系統(tǒng)機械能守恒. (1)根據(jù)上述實驗步驟,實驗中還需測量的物理量有(填選項前的字母). A.小車上遮光板的寬度dB.小車的質(zhì)量m1 C.鉤碼的質(zhì)量m2 D.鉤碼下落的時間t (2)由實驗步驟和(1)選項中測得的物理量,可得到系統(tǒng)動能增加量為,鉤碼重力勢能減少量為.(重力加速度為g),,,,,,,,,,,,,,,,,,1.在“驗

17、證機械能守恒定律”的實驗中: (1)某同學(xué)用圖甲所示裝置進行實驗,得到如圖乙所示的紙帶,A、B、C、D、E為連續(xù)的五個點,交流電的頻率為50 Hz,測出點A、C間的距離為14.77 cm,點C、E間的距離為16.33 cm,已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8 m/s2,重錘的質(zhì)量為m=1.0 kg,則重錘在下落過程中受到的平均阻力大小f=N.,,,,,,,,,,,,,,(2)某同學(xué)上交的實驗報告顯示重錘增加的動能略大于重錘減少的重力勢能,則出現(xiàn)這一問題的原因可能是 (填選項前的字母). A.重錘下落時受到的阻力過大 B.在計算中誤將g取10 m/s2 C.重錘的質(zhì)量測量錯誤 D.交流電源的頻率小于50

18、 Hz,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.某同學(xué)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0.05 s閃光一次,圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實際距離,該同學(xué)通過計算得到不同時刻的速度.(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?.8 m/s2,小球質(zhì)量m=0.4 kg,結(jié)果保留3位有效數(shù)字) (1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5= m/s. (2)從t2到t5時間內(nèi),重力勢能增量Ep= J,動能減少量Ek= J. (3)在誤差允許的范圍內(nèi),若Ep與Ek近似相等,即可驗證機械能守恒定律.由上述計算得Ep(選填“”“<”或“=”)Ek,造成這種結(jié)果的主要原因是.,,,,,,,,,,,,,,,,,3

19、.利用如圖所示的實驗裝置探究重錘下落過程中重力勢能與動 能的轉(zhuǎn)化問題.(1)圖為一條符合實驗要求的紙帶,O點為打點計 時器打下的第一點.分別測出若干連續(xù)點A、B、C與 O點 之間的距離h1、h2、h3.已知打點計時器的打點周期為T, 重錘質(zhì)量為m,重力加速度為g,可得重錘下落到B點時的速度 大小為.,,,,,,,,,,,,,,(2)取打下O點時重錘的重力勢能為零,計算出該重錘下落不同高度h時所對應(yīng)的動能Ek和重力勢能Ep.建立坐標(biāo)系,橫軸表示h,縱軸表示Ek和Ep,根據(jù)以上數(shù)據(jù)在圖中繪出圖線和圖線.已求得圖線斜率的絕對值k1=2.94 J/m,圖線的斜率k2=2.80 J/m.重錘和紙帶在下落過程中所受 平均阻力與重錘所受重力的比值為 (用k1和k2表示).,,,,,,,,,,