高考物理大一轮复习 实验六 验证机械能守恒定律课件

1、实验六 验证机械能守恒定律,实验准备,实验原理,在只有重力做功的自由落体运动中，物体的_和 _互相转化，但总的机械能守恒，若物体某时刻速度为 图 s6-1,重力势能,动能,故只需借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻的 _和该时刻的_，即可验证机械能,是否守恒.,实验器材 铁架台(带铁夹)，打点计时器，重锤(带纸带夹子)，纸带几 条，复写纸片，导线，刻度尺，学生电源.,下落高度 h,瞬时速度 v,实验过程,实验步骤,打点计时器,学生电源,(1)按如图 s6-2 所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线 把_与_连接好. 图 s6-2,(2)把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计 时器的

2、_，用手竖直提起纸带使重锤停靠在_,附近.,(3)先接通电源，后释放重锤并带着纸带自由下落. (4)重复几次，得到 35 条打好点的纸带. (5)在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条，在起点标上 o， 以后各点依次标上 1、2、3、4用刻度尺测出对应下落高度 h1、 h2、h3、h4.,(7) 计算各点对应的重力势能的减少量_ 和动能,增加量_，并进行比较.,限位孔,打点计时器,mghn,实验结论,做自由落体运动的物体机械能守恒或仅在重力作用下物体,机械能守恒.,【基础检测】 实验时，发现重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动,能，造成这种现象的主要原因是(,),a.选用的重锤质量过大 b.选用

3、的重锤质量过小 c.空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力影响过大 d.实验操作不细致，实验数据测量不准确 答案：c,考点 1 实验原理和操作 重点归纳,1.实验原理的理解：三种验证方案 (1)利用起始点和第 n 点计算.,测出第 n 点到起始点的距离 hn，算出ghn.,2.实验操作步骤,安装穿纸带打纸带处理数据.,(1)实验中打点计时器的安装，两纸带限位孔必须在同一竖,直线上，以减小摩擦阻力.,(2)实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常稳定,后再释放纸带，让重锤下落.,(3)打点计时器必须接低压交流电源.,(4)重锤的选择应是质量较大，从而使重力远大于下落过程,中所受的阻力，实现

4、减小实验误差的目的.,(7)实验中，只要验证gh是否等于 即可，不用测量重锤的,(5)选用纸带时尽量挑选第 1、2 点间距离接近 2 mm 的纸带. (6)测量下落高度时，都必须从起始点算起.只进行一次零刻 度对齐，读出各点高度，减小测量的相对误差，选取的各个计 数点要离起始点较远，但纸带也不宜过长，有效长度可在 60 80 cm 内.,v2,2,质量.,典例剖析,例 1：关于“验证机械能守恒定律”的实验，下面列出一,些实验步骤：,a.用天平称出重物和夹子的质量 b.将重物系在夹子上,c.将纸带穿过打点计时器，上端用手提着，下端夹在系有 重物的夹子上，再把纸带向上拉，让夹子静止在靠近打点计时

5、器处,d.把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压,调至 6 v(电源暂不接通),e.把打点计时器用铁夹固定到放在桌边的铁架台上，使两,个限位孔在同一竖直线上,f.在纸带上选取几个点，进行测量并记录数据 g.用秒表测出重物下落的时间,h.接通电源，待打点计时器工作稳定后释放纸带 i.切断电源,j.更换纸带，重新进行两次实验 k.在三条纸带中选出较好的一条,l.进行计算，得出结论，完成实验报告 m.拆下导线，整理器材,确步骤的合理顺序是_.(填代表的 字母) 思维点拨：熟悉实验的操作步骤及每一步操作的作用. 可知，质量 m 可以约去，故可不用测量质量；打点计时器本来 就是计时仪器，故不用

6、秒表计时.,答案：ag,edbchijkflm,【考点练透】 1.(2015 年广西南宁模拟)用如图 s6-3 甲所示的装置“验证 机械能守恒定律”.,甲,乙,图 s6-3,(1)下列物理量需要测量的是_，通过计算得到的是,_.(填正确答案对应的字母).,a.重锤质量,b.重力加速度,c.重锤下落的高度,d.与下落高度对应的重锤的瞬时速度,(2)设重锤质量为 m、打点计时器的打点周期为 t、重力加 速度为 g.如图乙所示是实验得到的一条纸带，a、b、c、d、e 为相邻的连续点.根据测得的 s1、s2、s3、s4 写出重锤由 b 点到 d 点势能减少量的表达式：_，动能增加量的表 达式：_.,解

7、析：(1)实验中需要直接测量的是重锤下落的高度，通过 计算得到的是与下落高度相对应的重锤的瞬时速度. (2)重锤重力势能的减少量为 mg(s3s1)，,考点 2 纸带数据的处理和误差分析 重点归纳 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：因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力 (如空气阻力、打点计时器与纸带间的摩擦力)做功，故动能的 增加量ek稍小于重力势能的减少量ep，即ekep ，从而产 生误差.改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力.,2.注意事项 (1)打点计时

8、器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使 其两限位孔在同一竖直平面内，以减少摩擦阻力. (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 ,典例剖析,例 2：(2016 年重庆第一中学月考)(1)关于“验证机械能守,恒定律”的实验中，以下说法中正确的是_.,a.实验时需要称出重物的质量,b.实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸,带越短，克服摩擦做的功就少，误差就小,c.纸带上打下的第 1、2 点间距超过 2 mm，则无论怎样处,理数据，实验误差都会很大,d.实验

9、处理数据时，可直接利用打下的实际点迹，而不必,采用“计数点”的方法,(2)若正确地操作完成实验，正确地选出纸带进行测量，量 得连续三点 a、b、c 到第一个点 o 的距离如图 s6-4 所示(相邻 计数点时间间隔为 0.02 s)，当地重力加速度的值为 9.8 m/s2，那 么(计算结果均保留 2 位有效数字)：,图 s6-4,纸带的_(填“左”或“右”)端与重物相连. 打下计数点 b 时，重物的速度_m/s.,在从起点 o 到打下计数点 b 的过程中，测得重物重力势 能的减少量略大于动能的增加量，这是因为：_,_.,解析：(1)实验时动能的增加量与重力势能的减小量，均含 有质量，因此不需称出

10、重物的质量，故 a 错误；实验中摩擦是 不可避免的，因此纸带短点好，因为纸带越短，克服摩擦力做 的功就越少，但要通过测量长度来求出变化的高度与瞬时速度， 因此太短会导致误差越大，故 b 错误；若纸带上第 1、2 两点,纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必采 用“计数点”的方法，若采用计数点，是使测量长度变长，从 而减小测量长度的误差，故 d 正确.,(2)重物在开始下落时速度较慢，在纸带上打的点较密， 越往后，物体下落得越快，纸带上的点越稀，所以纸带上靠近 重物的一端的点较密，因此纸带的左端与重物相连. 根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程的 平均速度有,epek 说

11、明有部分重力势能转变成了其他形式的能， 是因为下落过程中存在摩擦阻力和空气阻力的影响.,答案：(1)d,(2)左,0.98,下落过程中存在摩擦阻,力和空气阻力的影响,【考点练透】 2.(2016 年新课标全国卷)某同学用如图 s6-5 甲所示的实 验装置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 20 hz、30 hz 和 40 hz，打出纸带的一 部分如图乙所示.,甲,乙,图 s6-5,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,和其他题给条件进行推算.,(1)若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：在打点计时器打

12、出 b 点时，重物下 落的速度大小为_，打出 c 点时重物下落的速度大小为 _，重物下落的加速度大小为_.,(2)已测得 s18.89 cm，s29.50 cm，s3 10.10 cm；当重 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 1%.由此推算出 f 为_hz.,(2)重物下落的过程中，由牛顿第二定律可得,mgf 阻ma,由已知条件 f 阻0.01mg 由得 a0.99g,考点 3 实验的改进与创新 重点归纳,1.实验器材的改进,由系统动能、重力势能的变化验证机械能守恒，所用实,验器材：光电门、气垫导轨.,通过小球自由落体运动的频闪照片验证机械能守恒.

13、 2.实验原理的迁移,由单一物体的机械能守恒迁移至多物体机械能守恒的验,证.,典例剖析,例 3：某同学利用如图 s6-6 所示的装置来验证由小车与钩,码组成的系统机械能守恒.,图 s6-6,(1)现提供如下器材：,a.小车,b.钩码,c.一端带滑轮的长木板,d.细绳,e.电,火花打点计时器,f.纸带,g.毫米刻度尺,h.游标卡尺,i.低,压交流电源 j.220 v 交流电源 需要的器材是_. (2)为尽可能消除摩擦力对本实验的影响，使验证结果尽可 能准确，则小车质量 m 和钩码质量 m 的关系应该满足_.,(3)小明和小军同学在做该实验时，小明认为只要采用平衡 摩擦力的方法将摩擦力平衡掉就可以

14、了，无须满足(2)问中小车 质量 m 和钩码质量m 的关系，而小军却否认小明的看法，你认 为小明的看法_(填“正确”或“不正确”)，理由是：,_.,(4)两位同学统一观点后完成实验，得到一条纸带，去掉前 面比较密集的点，选择点迹清晰且便于测量的连续 7 个点(标号 为 06)，测出相关距离如图 s6-7 所示，要验证在第 2 点与第 5 点时系统的机械能相等，则应满足关系式_ (设小车质量 m，钩码质量 m，打点周期为 t).,图 s6-7,解析：(1)实验不需要游标卡尺，距离由刻度尺测量，电火 花计时器直接使用 220 v 交流电源，不需要低压交流电源，不 需要的器材是 h、i.还需要天平测

15、量钩码和小车的质量. (2)为尽可能消除摩擦力对本实验的影响，使验证结果尽可 能准确，则小车质量 m 和钩码质量 m 的关系应该满足 mm， 这样能使摩擦力做的功相对少些，以减小机械能的损失.,(3)小明的看法不正确，因为平衡摩擦力后，摩擦力还做负 功，系统机械能不守恒. (4)利用匀变速直线运动的推论：,从第 2 点到第 5 点时系统的动能增加 从第 2 点到第 5 点时系统的重力势能减小量为 mg(d5d2),答案：(1)h，i 天平 (2)mm,(3)不正确,因为平衡摩擦力后，摩擦力还做负功，系统机,械能不守恒,【考点练透】 3.如图 s6-8 甲所示是验证机械能守恒定律的实验.小圆柱由 一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定.将