《2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 新人教版.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 新人教版.ppt（39頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

實(shí)驗(yàn)6驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證機(jī)械能守恒定律 二 實(shí)驗(yàn)原理通過(guò)實(shí)驗(yàn) 求出做自由落體運(yùn)動(dòng)物體的重力勢(shì)能的減少量和相應(yīng)過(guò)程動(dòng)能的增加量 若二者相等 說(shuō)明機(jī)械能守恒 從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 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 毫米刻度尺 重物 帶夾子 四 實(shí)驗(yàn)步驟1 安裝置 按原理圖所示將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上 接好電路 2 打紙帶 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 讓重物下落 更換紙帶重復(fù)做3 5次實(shí)驗(yàn) 3 選紙帶 分兩種情況說(shuō)明 五 數(shù)據(jù)處理及驗(yàn)證方案 六 誤差分析1 系統(tǒng)誤差本實(shí)驗(yàn)中因重錘和紙帶在下落過(guò)程中要克服各種阻力 空氣阻力 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力 做功 故 Ek Ep 改進(jìn)的方法是調(diào)整器材的安裝 盡可能減小阻力 2 偶然誤差誤差來(lái)源于長(zhǎng)度的測(cè)量 減小誤差的方法是測(cè)下落距離時(shí)都從O點(diǎn)測(cè)量 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 七 注意事項(xiàng)1 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要豎直 安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn) 使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以減少摩擦阻力 2 重物密度要大 重物應(yīng)選用質(zhì)量大 體積小 密度大的材料 3 一先一后 應(yīng)先接通電源 讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作 后松開(kāi)紙帶讓重物下落 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 教材原型實(shí)驗(yàn)例1 2017 天津卷 如圖所示 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 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 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 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 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 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50Hz的交流電源上 按正確操作得到了一條完整的紙帶 由于紙帶較長(zhǎng) 圖中有部分未畫(huà)出 如圖所示 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)為紙帶上打出的第一個(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 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 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 答案 1 AB 2 BC解析 1 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 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 2 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 由于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 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 思維點(diǎn)撥根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理 結(jié)合實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)后分析解答 依據(jù)這段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻瞬時(shí)速度 從而確定動(dòng)能的變化 再依據(jù)重力勢(shì)能表達(dá)式 進(jìn)而確定其變化 即可驗(yàn)證 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新在高考中往往以教材上的實(shí)驗(yàn)為背景 通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置題目 不脫離教材而又不拘泥于教材 體現(xiàn)開(kāi)放性 探究性 實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)等特點(diǎn) 1 實(shí)驗(yàn)器材 裝置的改進(jìn) 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 2 速度測(cè)量方法的改進(jìn)由光電門(mén)計(jì)算速度由紙帶上各點(diǎn)計(jì)算速度 3 實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)利用自由落體運(yùn)動(dòng)的閃光照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 例2利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 1 實(shí)驗(yàn)步驟 將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上 桌面高度不低于1m 將導(dǎo)軌調(diào)至水平 用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光條的寬度l 9 30mm 由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門(mén)中心之間的距離x cm 將滑塊移至光電門(mén)1左側(cè)某處 待砝碼靜止不動(dòng)時(shí) 釋放滑塊 要求砝碼落地前擋光條已通過(guò)光電門(mén)2 從數(shù)字計(jì)時(shí)器 圖中未畫(huà)出 上分別讀出擋光條通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2所用的時(shí)間 t1和 t2 用天平稱(chēng)出滑塊和擋光條的總質(zhì)量m0 再稱(chēng)出托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 2 用表示直接測(cè)量量的字母寫(xiě)出下列所求物理量的表達(dá)式 滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1 和v2 當(dāng)滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí) 系統(tǒng) 包括滑塊 擋光條 托盤(pán)和砝碼 的總動(dòng)能分別為Ek1 和Ek2 在滑塊從光電門(mén)1運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)2的過(guò)程中 系統(tǒng)勢(shì)能的減少 Ep 重力加速度為g 3 如果 Ep 則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 解析 1 由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門(mén)中心之間的距離x 80 30cm 20 30cm 60 00cm 2 由于擋光條寬度很小 因此將擋光條通過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均速度看作瞬時(shí)速度 擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測(cè)量 擋光時(shí)間 t可從 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 3 兩光電門(mén)中心之間的距離x為砝碼和托盤(pán)下落的高度 系統(tǒng)勢(shì)能的減小量 Ep mgx 最后對(duì)比Ek2 Ek1與 Ep數(shù)值大小 若在誤差允許的范圍內(nèi)相等 就驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 例3 2016 江蘇卷 某同學(xué)用如圖1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(mén)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(mén)的擋光時(shí)間t可由計(jì)時(shí)器測(cè)出 取v 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 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 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 2 用 Ek mv2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2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 0100s 則鋼球的速度為v m s 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 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 答案 1 B 2 1 50 1 49 1 51都算對(duì) 1 50 1 49 1 51都算對(duì) 3 不同意 因?yàn)榭諝庾枇?huì)造成 Ek小于 Ep 但表中 Ek大于 Ep 4 分別測(cè)出光電門(mén)和球心到懸點(diǎn)的長(zhǎng)度L和l 計(jì)算 Ek時(shí)將v折算成鋼球的速度v v 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 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 0mm 1 50cm 據(jù)公式v 1 50m s知鋼球過(guò)A點(diǎn)時(shí)瞬時(shí)速度為1 50m 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)能和因克服阻力做功產(chǎn)生的內(nèi)能 即 Ep Ek Q熱 故 Ek小于 Ep 但表中 Ek大于 Ep 所以不同意該同學(xué)的觀點(diǎn) 4 由題中實(shí)驗(yàn)裝置可知造成這種現(xiàn)象的原因是所測(cè)的鋼球通過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度并不是鋼球通過(guò)A點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度 若要知道鋼球通過(guò)A點(diǎn)的準(zhǔn)確速度 需測(cè)出光電門(mén)和球心分別到懸點(diǎn)的距離L和l 則由公式v L和v l 折算出鋼球的準(zhǔn)確速度為v v 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 思維點(diǎn)撥小球下落的高度h是初 末位置球心之間的高度差 掌握刻度尺讀數(shù)的方法 需估讀一位 根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求出最低點(diǎn)小球的速度 根據(jù)動(dòng)能表達(dá)式 從而得出動(dòng)能的增加量 再結(jié)合下降的高度求出重力勢(shì)能的減少量 結(jié)合實(shí)驗(yàn)的裝置與實(shí)驗(yàn)的原理 分析誤差產(chǎn)生的原因 從而提出建議 1 2018 山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)二診 某同學(xué)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)所用的電源為學(xué)生電源 可以提供輸出電壓為6V的交變電流和直流電 交變電流的頻率為50Hz 重錘從高處由靜止開(kāi)始下落 重錘拖著的紙帶上打出一系列的點(diǎn) 對(duì)紙帶上的點(diǎn)測(cè)量并分析 即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 1 他進(jìn)行了下面幾個(gè)操作步驟 A 按照?qǐng)D示的裝置安裝器件 B 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的 直流輸出 上 C 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 E 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)能是否等于其增加的動(dòng)能 其中沒(méi)有必要進(jìn)行的步驟是 操作不當(dāng)?shù)牟襟E是 填選項(xiàng)字母 2 這位同學(xué)進(jìn)行正確測(cè)量后挑選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量分析 如圖乙所示 其中O點(diǎn)為起始點(diǎn) A B C D E F為六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 根據(jù)紙帶上的測(cè)量數(shù)據(jù) 可得出打B點(diǎn)時(shí)重錘的速度為m s 保留3位有效數(shù)字 4 他進(jìn)一步分析 發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)存在較大誤差 為此對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn) 用如圖丙所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 通過(guò)電磁鐵控制的小鐵球從A點(diǎn)自由下落 下落過(guò)程中經(jīng)過(guò)光電門(mén)B時(shí) 通過(guò)與之相連的毫秒計(jì)時(shí)器 圖中未畫(huà)出 記錄擋光時(shí)間t 用毫米刻度尺測(cè)出A B之間的距離h 用游標(biāo)卡尺測(cè)得小鐵球的直徑d 重力加速度為g 實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)整光電門(mén)位置使小鐵球下落過(guò)程中球心通過(guò)光電門(mén)中的激光束 小鐵球通過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度v 如果d t h g滿足關(guān)系式 就可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 解析 1 要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 需要驗(yàn)證mv2 mgh 則只需驗(yàn)證v2 2gh即可 故不需要測(cè)出重錘的質(zhì)量 所以沒(méi)有必要進(jìn)行的步驟是C 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器只能使用交流電源 故操作不當(dāng)?shù)牟襟E是B 2 由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的中間時(shí)刻速度推論可得 B點(diǎn)的速度 3 由關(guān)系式v2 2gh可知 v2 h圖象應(yīng)是過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線 故選C 4 小鐵球通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間很短 故可用小鐵球經(jīng)過(guò)光電門(mén)的平均速度近似求出小鐵球通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度 2 2016 全國(guó)卷 某同學(xué)用圖 a 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)器的電源為交流電源 可以使用的頻率有20Hz 30Hz和40Hz 打出紙帶的一部分如圖 b 所示 該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電源的頻率f 需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)行推算 1 若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落 利用f和圖 b 中給出的物理量可以寫(xiě)出 在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí) 重物下落的速度大小為 打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為 重物下落的加速度大小為 圖 b 2 已測(cè)得s1 8 89cm s2 9 50cm s3 10 10cm 當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮? 80m s2 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f為Hz 3 2017 福建泉州五校聯(lián)考 如圖甲所示 一位同學(xué)利用光電計(jì)時(shí)器等器材做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn) 有一直徑為d 質(zhì)量為m的金屬小球由A處由靜止釋放 下落過(guò)程中能通過(guò)A處正下方 固定于B處的光電門(mén) 測(cè)得A B間的距離為H H d 光電計(jì)時(shí)器記錄下小球通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為t 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間 則 1 如圖乙所示 用游標(biāo)卡尺測(cè)得小球的直徑d mm 2 小球經(jīng)過(guò)光電門(mén)B時(shí)的速度表達(dá)式為vB 3 多次改變高度H 重復(fù)上述實(shí)驗(yàn) 作出隨H的變化圖象如圖丙所示 當(dāng)圖中已知量t0 H0和重力加速度g及小球的直徑d滿足表達(dá)式時(shí) 可判斷小球下落過(guò)程中機(jī)械能守恒 4 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)動(dòng)能增加量 Ek總是稍小于重力勢(shì)能減少量 Ep 增加下落高度后 則 Ep Ek將 填 增大 減小 或 不變 解析 1 主尺刻度為7mm 游標(biāo)尺對(duì)齊的刻度為5 讀數(shù)為7 球的動(dòng)能增加量 Ek總是稍小于重力勢(shì)能減少量 Ep 主要原因是運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服阻力做功 使小球的一部分重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 當(dāng)增大H時(shí) 阻力做功隨之增大 4 2017 黑龍江哈爾濱模擬 用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1 m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 m2從高處由靜止開(kāi)始下落 m1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn) 對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量 即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 如圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶 0是打下的第一個(gè)點(diǎn) 每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn) 圖中未標(biāo)出 所用電源的頻率為50Hz 計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示 已知m1 50g m2 150g 結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字 則 1 在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v5 m s 2 在打下第0點(diǎn)到打下第5點(diǎn)的過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量 Ek J 系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量 Ep J 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭取10m s2 3 若某同學(xué)作出v2 h圖象如圖丙所示 則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 m s2 答案 1 2 4 2 0 580 60 3 9 7