2020版高考物理大一轮复习 第五章 实验六 验证机械能守恒定律课件 教科版.ppt

实验六验证机械能守恒定律,大一轮复习讲义,第五章机械能,NEIRONGSUOYIN,内容索引,过好双基关,研透命题点,回扣基础知识训练基础题目,细研考纲和真题分析突破命题点,过好双基关,基本实验要求,1.实验目的验证机械能守恒定律.2.实验原理(如图1所示)通过实验，求出做自由落体运动物体的_和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律.,图1,重力势能的,减少量,3.实验器材打点计时器、交流电源、纸带、复写纸、重物、铁架台(带铁夹)、导线.4.实验步骤(1)安装器材：将固定在铁架台上，用导线将打点计时器与电源相连.(2)打纸带用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先，再，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(35条)纸带.,刻度尺,打点计时器,接通电源,松开纸带,(3)选纸带：分两种情况说明若选第1点O到下落到某一点的过程，即用来验证，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离接近的纸带(电源频率为50Hz).,5.实验结论在的范围内，自由落体运动过程机械能守恒.,2mm,误差允许,规律方法总结,1.误差分析(1)测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值.(2)系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量Ek必定稍于重力势能的减少量Epmghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小.,小,阻力,2.注意事项(1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要架稳，使其两限位孔在同一竖直线上，以减少.(2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料.(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落.(4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn，不能用vn或vngt来计算.,竖直,摩擦阻力,3.验证方案方案一：利用起始点和第n点计算,方案二：任取两点计算(1)任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB.,方案三：图像法,g,研透命题点,例1(2018广东省湛江市第二次模拟)如图2所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律.该装置中的打点计时器所接交流电源频率是50Hz.(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_.A.精确测量出重物的质量B.两限位孔在同一竖直线上C.重物选用质量和密度较大的金属锤D.释放重物前，重物离打点计时器下端远些,图2,命题点一教材原型实验,BC,解析因为在实验中比较的是mgh、mv2的大小关系，故m可约去，不需要测量重物的质量，对减小实验误差没有影响，故A错误.为了减小纸带与限位孔之间的摩擦，实验装置中两限位孔必须在同一竖直线上，从而减小实验误差，故B正确.实验供选择的重物应该选相对质量较大、体积较小的物体，这样能减少摩擦阻力的影响，从而减小实验误差，故C正确.释放重物前，为更有效地利用纸带，重物离打点计时器下端近些，故D错误.,(2)按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图3所示.纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点.重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有_.A.OA、OB和OG的长度B.OE、DE和EF的长度C.BD、BF和EG的长度D.AC、BF和EG的长度,BD,图3,解析当知道OA、OB和OG的长度时，无法算出任何一点的速度，故A不符合题意；当知道OE、DE和EF的长度时，利用DE和EF的长度可以求出E点的速度，从而求出O点到E点的动能变化量，知道OE的长度，可以求出O点到E点重力势能的变化量，可以验证机械能守恒，故B符合题意；当知道BD、BF和EG的长度时，由BD、BF的长度可以求出E点的速度，但无法求出G点的速度，故无法求出E点到G点的动能变化量，故C不符合题意；当知道AC、BF和EG的长度时，可以分别求出B点和F点的速度，从而求B到F点的动能变化量，知道BF的长度，可以求出B点到F点重力势能的变化量，可以验证机械能守恒，故D符合题意.,用刻度尺测得图中AB的距离是1.76cm，FG的距离是3.71cm，则可得当地的重力加速度是_m/s2.(计算结果保留三位有效数字),9.75,变式1某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05s闪光一次，如图4所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表.(当地重力加速度取9.8m/s2，小球质量m0.2kg，结果保留3位有效数字)(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5_m/s；,图4,3.48,(2)从t2到t5时间内，重力势能的增加量Ep_J，动能的减少量Ek_J；,1.24,1.28,解析重力势能的增加量Epmgh，代入数据可得Ep1.24J，,(3)在误差允许的范围内，若Ep与Ek近似相等，即验证了机械能守恒定律.由上述计算得Ep_(选填“”“”或“”)Ek，造成这种结果的主要原因是_.,存在空气阻力,解析由计算可得EpEk，主要是由于存在空气阻力.,例2(2018广东省东莞市上学期期末质检)某同学利用如图5甲所示的气垫导轨装置验证系统机械能守恒，在气垫导轨上安装了两个光电门1、2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连.,命题点二实验创新,类型1实验装置的创新,图5,(1)用10分度游标卡尺测量遮光条宽度d如图乙所示，遮光条宽度d_mm.,3.8,解析游标卡尺读数为3mm80.1mm3.8mm.,(2)实验时要调整气垫导轨水平，不挂钩码和细线，接通气源，轻推滑块从轨道右端向左运动的过程中，发现遮光条通过光电门2的时间大于通过光电门1的时间.以下能够达到调整气垫导轨水平的措施是_(选填相应选项前的符号)A.调节旋钮P使轨道左端升高一些B.遮光条的宽度增大一些C.滑块的质量增大一些D.气源的供气量增大一些,A,解析遮光条通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间.滑块做加速运动，也就是左端低，右端高.能够达到调整气垫导轨水平的措施是调节旋钮P使轨道左端升高一些，故答案是A.,(3)调整气垫导轨水平后，挂上细线和钩码进行实验，测出光电门1、2间的距离L.遮光条的宽度d，滑块和遮光条的总质量M，钩码质量m.由数字计时器读出遮光条通过光电门1、2的时间t1、t2，则遮光条通过光电门1时的瞬时速度的表达式v1_；验证系统机械能守恒定律成立的表达式是_(用题中的字母表示，当地重力加速度为g).,滑块从光电门2运动到光电门1的过程中，,滑块从光电门2运动到光电1的过程中，钩码重力势能的减少量是mgL,例3利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图6甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳和一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时,图6,类型2实验方案的创新,的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看做滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动.,(1)某次实验测得倾角30，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为Ek_，系统的重力势能减少量可表示为Ep_，在误差允许的范围内，若EkEp，则可认为系统的机械能守恒.(用题中字母表示),(2)在上述实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2d图像如图乙所示，并测得Mm，则重力加速度g_m/s2.,9.6,变式2用如图7甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒.m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.如图乙给出的是实验中获取的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，所用电源的频率为50Hz.已知m150g、m2150g.则：(结果均保留两位有效数字),图7,(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5_m/s；,2.4,0.58,(2)在打下0点到打下计数点5的过程中系统动能的增加量Ek_J，系统重力势能的减少量Ep_J；(当地的重力加速度g取10m/s2),0.60,(3)若某同学作出v2h图像如图丙所示，则当地的重力加速度g_m/s2.,9.7,解得g9.7m/s2.,例4(2018河南省洛阳市上学期期中)某实验小组利用如图8甲所示的实验装置，探究轻质弹簧的弹性势能与形变量的关系，光滑水平桌面距地面高为h，一轻质弹簧左端固定，右端与质量为m的小钢球接触，弹簧处于原长时，将小球向左推，压缩弹簧一段距离后由静止释放，在弹簧弹力的作用下，小球从桌子边缘水平飞出，小球落到位于水平地面的复写纸上，从而在复写纸下方的白纸P点留下痕迹.(已知重力加速度为g),命题点三实验拓展探究弹簧的弹性势能,图8,(1)实验测得小球的落点P到O点的距离为l，那么由理论分析得到小球释放前压缩弹簧的弹性势能E