202X学年高考物理主题二机械能及其守恒定律第四章机械能及其守恒定律实验验证机械能守恒定律课件教科版

1、实验：验证机械能守恒定律实验：验证机械能守恒定律一、实验目的一、实验目的1.会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。2.掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。mghmgh三、实验器材三、实验器材铁架台铁架台(带铁夹带铁夹)、_、重锤、重锤(带夹子带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、米刻度尺、_。打点计时器打点计时器低压交流电源低压交流电源四、实验步骤四、实验步骤1.安装置：安装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架按图将检查、调整好的打点计时

2、器竖直固定在铁架台上，接好电路。台上，接好电路。2.打纸带打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上；另一端穿过：将纸带的一端用夹子固定在重物上；另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在_打点计时器的地方。先打点计时器的地方。先_，后松开纸带，让重物，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做带着纸带自由下落。更换纸带重复做35次实验。次实验。靠近靠近接通电源接通电源3.选纸带：选取点迹较为清晰且开场的两点间距离约为选纸带：选取点迹较为清晰且开场的两点间距离约为_的纸带，把纸的纸带，把纸带上打出的第一个点作为起始点，记作带上打出的第

3、一个点作为起始点，记作O，在距离，在距离O点较远处再依次选出计数点较远处再依次选出计数点点1、2、34.测距离：用刻度尺测出测距离：用刻度尺测出O点到点到1、2、3的距离，即为对应下落的高度的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h32 mm五、数据处理五、数据处理1.计算各点对应的瞬时速度：记下第计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置个点的位置O，在纸带上从离，在纸带上从离O点适当距离开场点适当距离开场选取几个计数点选取几个计数点1、2、3并测量出各计数点到并测量出各计数点到O点的距离点的距离h1、h2、h3再根再根据公式据公式vn_，计算出，计算出1、2、3、4、n点的瞬时速度点的瞬时速

4、度v1、v2、v3、v4vn。原点原点g六、误差分析六、误差分析1.在进展长度测量时，测量及读数不准造成误差。在进展长度测量时，测量及读数不准造成误差。2.重物下落要抑制阻力做功，局部机械能转化成重物下落要抑制阻力做功，局部机械能转化成_，下落高度越大，机械能损失，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象。3.由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差。由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差。七、本卷须知七、本卷须知1.应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件，

5、这就要求尽量减小各种阻力的影响，采应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：取的措施有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小_。(2)应选用质量和密度较应选用质量和密度较_的重物，增大重力可使阻力的影响相对的重物，增大重力可使阻力的影响相对_，增大密，增大密度可以减小体积，使空气阻力减小。度可以减小体积，使空气阻力减小。内能内能摩擦阻力摩擦阻力大大减小减小实验原理与操作实验原理与操作试题案例试题案例例例1 如图如图1为验证为验证“机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材

6、为：带铁夹的机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。答复以下问题：铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。答复以下问题：图图1(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有为完成此实验，除了所给的器材外，还需要的器材有_。(填入正确选项前填入正确选项前的字母的字母)A.米尺米尺B.秒表秒表C.012 V的直流电源的直流电源D.012 V的交流电源的交流电源(2)下面列举了该实验的几个操作步骤：下面列举了该实验的几个操作步骤：A.按照图示的装置安装器材按照图示的装置安装器材B.将打点计时器接到电源的将打点计时器接到电

7、源的“直流输出上直流输出上C.用天平测出重锤的质量用天平测出重锤的质量D.先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带E.测量纸带上某些点间的距离测量纸带上某些点间的距离F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能其中操作不当的步骤是其中操作不当的步骤是_。(3)实验中误差产生的原因有实验中误差产生的原因有_(写出两个原因写出两个原因)。(4)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值。根据打出的纸带，选取纸带的数值。根据打出的纸带，选取

8、纸带上连续的五个点上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图，测出各点之间的距离如图2所示。使用交流电源的所示。使用交流电源的频率为频率为f，那么计算重锤下落的加速度的表达式，那么计算重锤下落的加速度的表达式a_。(用用x1、x2、x3、x4及及f表表示示)图图2解析解析(1)为完成此实验，除了所给的器材外，还需要米尺、为完成此实验，除了所给的器材外，还需要米尺、012 V的交流电源。的交流电源。(2)其中操作不当的步骤是将打点计时器接到电源的其中操作不当的步骤是将打点计时器接到电源的“直流输出上，打点计时器需直流输出上，打点计时器需要交流电源。要交流电源。(3)纸带与打点计时器

9、之间有摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸带上点的位置时读数纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算重力势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定等。有误差；计算重力势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定等。答案答案(1)AD(2)B(3)纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸纸带与打点计时器之间有摩擦以及空气阻力；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时，选取初、末两点距离过近；交流电源频率不稳定频率不稳定针对训练针对训练1 (2

10、021宁波高一检测宁波高一检测)在在“验证机械能守恒定律的实验中：验证机械能守恒定律的实验中：(1)以下物理量中需要用工具直接测量的有以下物理量中需要用工具直接测量的有()A.重物的质量重物的质量B.重力加速度重力加速度C.重物下落的高度重物下落的高度D.与重物下落高度对应的重物的瞬时速度与重物下落高度对应的重物的瞬时速度解析解析(1)在在“验证机械能守恒定律的实验中，只需要用刻度尺测量重物下落的高验证机械能守恒定律的实验中，只需要用刻度尺测量重物下落的高度，重物的质量不用测量，重力加速度不需要测量，通过计算可以得到与重物下落高度，重物的质量不用测量，重力加速度不需要测量，通过计算可以得到与重

11、物下落高度对应的重物的瞬时速度。应选度对应的重物的瞬时速度。应选C。答案答案(1)C(2)过原点的倾斜直线重力加速度过原点的倾斜直线重力加速度g实验数据的处理实验数据的处理试题案例试题案例例例2 (2021襄阳高一检测襄阳高一检测)某同学做某同学做“验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一局部损坏，损坏的是前端局部，剩下的一段纸带上各相邻点间的距出的纸带的一局部损坏，损坏的是前端局部，剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是离已测出标在图中，单位是cm。打点计时器工作频率为。打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度，重力加速度

12、g取取9.8 m/s2。图图3(1)重物在重物在2点的速度点的速度v2_，在，在5点的速度点的速度v5_，此过程中动，此过程中动能增加量能增加量Ek_，重力势能减少量，重力势能减少量Ep_。由以上可得出实。由以上可得出实验结论验结论_。(2)重物获得的动能往往重物获得的动能往往_(填填“大于大于“小于或小于或“等于等于)减少的重力势能，减少的重力势能，实验中产生系统误差的原因是实验中产生系统误差的原因是_。(3)根据实验判断以下图像正确的选项是根据实验判断以下图像正确的选项是(其中其中Ek表示重物动能的变化量，表示重物动能的变化量，h表示物表示物体下落的高度体下落的高度)()(2)由于纸带受到

13、摩擦力作用，需抑制摩擦力做功，所以获得的动能小于减少的重由于纸带受到摩擦力作用，需抑制摩擦力做功，所以获得的动能小于减少的重力势能。力势能。(3)重物机械能守恒，重物减少的重力势能转化为增加的动能，即重物机械能守恒，重物减少的重力势能转化为增加的动能，即Ekmgh，可，可见重物增加的动能与下落的距离成正比，选项见重物增加的动能与下落的距离成正比，选项C正确。正确。答案答案(1)1.50 m/s2.075 m/s1.03m J1.06m J在误差允许的范围内，机械能在误差允许的范围内，机械能守恒守恒(2)小于纸带受到摩擦力作用小于纸带受到摩擦力作用(3)C针对训练针对训练2 某同学用图某同学用图

14、4甲所示的实验装置甲所示的实验装置“验证机械能守恒定律，其中打点计时验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有器的电源为交流电源，可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和和40 Hz，打出纸带的一局，打出纸带的一局部如图乙所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率部如图乙所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他，需要用实验数据和其他条件进展推算。条件进展推算。图图4(1)假设从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用假设从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图乙中给出的物理量可以写出：和图乙中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出在打点计时器打出

15、B点时，重物下落的速度大小为点时，重物下落的速度大小为_，打出，打出C点时重物下落的速点时重物下落的速度大小为度大小为_，重物下落的加速度大小为，重物下落的加速度大小为_。(2)已测得已测得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；当地重力加速度大小为；当地重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出。由此推算出f为为_Hz。实验创新设计实验创新设计试题案例试题案例例例3 (2021青岛高一检测青岛高一检测)利用如图利用如图5所示实验装置来所示实验装置来“验证机械能守恒定律。通过验证机械

16、能守恒定律。通过电磁铁控制的小铁球从电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门B时，毫秒计时，毫秒计时器时器(图中未画出图中未画出)记录下小铁球的挡光时间记录下小铁球的挡光时间t。实验前调整光电门位置，使小球下。实验前调整光电门位置，使小球下落过程中，小铁球球心垂直细激光束通过光电门，当地重力加速度为落过程中，小铁球球心垂直细激光束通过光电门，当地重力加速度为g。图图5(1)为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，还需要测量的物理量是为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，还需要测量的物理量是_。A.A点距地面的高度点距地面的高度HB.A

17、、B之间的距离之间的距离hC.小铁球从小铁球从A到到B的下落时间的下落时间tABD.小铁球的直径小铁球的直径d(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度小铁球通过光电门时的瞬时速度v_；要验证小铁球下落过程中机械能；要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式是否守恒，只需验证等式_是否成立即可是否成立即可(用实验中测得物理量的符号用实验中测得物理量的符号表示表示)。解析解析(1)根据实验原理可知，需要测量的是根据实验原理可知，需要测量的是A点到光电门点到光电门B的距离，故的距离，故A错误，错误，B正正确；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，不需要测量下落时间，故确；利用小球通过光电门的

18、平均速度来代替瞬时速度，不需要测量下落时间，故C错误；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时，需要知道挡光物体的尺错误；利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时，需要知道挡光物体的尺寸，因此需要测量小球的直径，故寸，因此需要测量小球的直径，故D正确。正确。针对训练针对训练3 现利用如图现利用如图6所示装置验证机械能守恒定律。图中所示装置验证机械能守恒定律。图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30，1和和2是固定在斜是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出。让滑块从斜面的顶端滑下，光电门有画出。让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为光电计时器显示的挡光时间分别为5.00102 s、2.00102