（通用版）2020高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第5單元 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件 新人教版.ppt

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1、實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,實(shí)驗(yàn)溯本求源實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)探究課時(shí)鞏固訓(xùn)練教師備用習(xí)題,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律. 二、實(shí)驗(yàn)原理 1.在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中,物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能互相轉(zhuǎn)化,但總的機(jī)械能.若質(zhì)量為m的物體做自由落體運(yùn)動(dòng),下落高度為h時(shí)的速度為v,則重 力勢(shì)能的減少量為,動(dòng)能的增加量為,如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)重力勢(shì)能的減少量與相等,則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.,,保持不變,,mgh,動(dòng)能的增加量,2.速度的測(cè)量:做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于相鄰兩點(diǎn)間的.計(jì)算打第n個(gè)點(diǎn)瞬時(shí)速度的方法是:測(cè)出第n個(gè)點(diǎn)的相鄰前、后兩 段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離xn和xn+1,由公式vn

2、=計(jì)算.,,,平均速度,三、實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺(tái)(含鐵夾)、、電源及導(dǎo)線(使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)用220 V交流電源)、紙帶、復(fù)寫紙片、、 重物(帶紙帶夾),實(shí)驗(yàn)裝置如圖S6-1所示. 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.器材安裝:如圖S6-1所示,將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上,用 導(dǎo)線將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與低壓交流電源相連,此時(shí)電源開關(guān) 應(yīng)為狀態(tài).,,,,圖S6-1,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,用手豎直提起紙帶,使重物停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器下方附近,應(yīng)先,待打點(diǎn)穩(wěn)定后再松開紙帶.讓重物自由下落,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打出一系列的點(diǎn),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(diǎn)初速度為零驗(yàn)證.選點(diǎn)跡清晰,且1、2兩點(diǎn)間距離小于或接近2 mm的紙帶進(jìn)行測(cè)量.若1、2兩點(diǎn)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(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度(選填“不等于”或“等于”)零. 4.數(shù)據(jù)測(cè)量 5.驗(yàn)證結(jié)論:在的范圍內(nèi),重物自由下落過程中機(jī)械能守恒.,,,接通電源,誤差允許,不等于,熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作,,例1 某同學(xué)用如圖S6-2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(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙

4、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示的裝置安裝器材; 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)算重錘下落過程中減少的重力勢(shì)能是否等于其增加的動(dòng)能. 其中沒有必要進(jìn)行的步驟是,操作不當(dāng)?shù)牟襟E是.(均填步驟前的選項(xiàng)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(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證“機(jī)械能守恒定律”.他們?cè)跉鈮|導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B,細(xì)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(shí)驗(yàn)要求中不必要的一項(xiàng)是(填選項(xiàng)前的字母). A.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平 B.應(yīng)使細(xì)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(yuǎn)小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量,,,,,,圖S6-4,,(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)量遮光條寬度d,測(cè)量結(jié)果如圖S6-5所示,則d= mm. (3)實(shí)驗(yàn)時(shí),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(zhǎng),遮光條的寬度為d,遮光條通過光電門的時(shí)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(yàn)證從A

6、到B過程中 系統(tǒng)機(jī)械能守恒.,,,,,,圖S6-5,,,,, 要點(diǎn)總結(jié),(1)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后,再松開紙帶讓重物下落. (4)紙帶長(zhǎng)度應(yīng)選用60 cm左右為宜,應(yīng)選用點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量.,,熱點(diǎn)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(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.如圖S6-7所示是該實(shí)驗(yàn)得到的一條點(diǎn)跡清晰 的紙帶,現(xiàn)要取A、B兩點(diǎn) 來驗(yàn)證,已知電火花計(jì)時(shí) 器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn).,,,,,圖S6-6圖S6-7,,請(qǐng)回答下列問題

7、: (1)電火花計(jì)時(shí)器的工作電壓是 V. (2)若x2=4.80 cm,則在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)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(cè)出,則實(shí)驗(yàn)還需測(cè)出的物理 量為. (4)經(jīng)過測(cè)量計(jì)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(dòng)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(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證物塊1、2組成的系統(tǒng)機(jī)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(diǎn),對(duì)紙帶上的點(diǎn)進(jìn)

8、行測(cè)量,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.圖S6-10給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶,其中0是打下的第一個(gè)點(diǎn),相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)(圖中未標(biāo)出,交流電的頻率為50 Hz),計(jì)數(shù)點(diǎn)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(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v= m/s. (2)在打點(diǎn)05過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量Ek=J,系統(tǒng)勢(shì)能的減少量Ep= J.可知在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),系統(tǒng)的機(jī)械能.,,,,,,,,,答案 (1)2.4(2)0.5760.588守恒, 要點(diǎn)總結(jié),,熱點(diǎn)三同類實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新,

9、,,,,,,,,,,,,例3 為了驗(yàn)證機(jī)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(jìn)行實(shí)驗(yàn),如圖S6-11所示,他將長(zhǎng)為L(zhǎng)、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(diǎn)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(dòng)記錄小車經(jīng)過上、下光電門時(shí)車上擋光片的擋光時(shí)間為t1、t2,用游標(biāo)卡尺測(cè)得擋光片寬度為d. (1)要驗(yàn)證小車在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒,還必須測(cè) 出. (2)寫出本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式: (用上面測(cè)量出的物理量符號(hào)表示).,,,圖S6-11,,,,,,(3)實(shí)驗(yàn)所用滑塊的質(zhì)量m=600 g,其他數(shù)據(jù)分別為L(zhǎng)=1.5 m、H=10 cm、

10、l=50 cm,則實(shí)驗(yàn)中重力勢(shì)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(shí)驗(yàn)還可以探究在質(zhì)量不變時(shí),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(cè)量出的物理量符號(hào)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(shí),橫軸可用代替.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,變式題 某同學(xué)設(shè)計(jì)出如圖S6-12所示“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置,小球用輕質(zhì)細(xì)繩懸掛于O點(diǎn),在O點(diǎn)正下方固定一刀片,并在水平地面上用重錘記錄下O點(diǎn)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(dá)O

11、點(diǎn)正下方時(shí),刀片割斷細(xì)繩,小球做平拋運(yùn)動(dòng),記錄下小球的落點(diǎn). (1)下列物理量中需要測(cè)量的是(填選項(xiàng)前的字母). A.細(xì)繩的長(zhǎng)度L B.O點(diǎn)到地面的高度H C.O點(diǎn)在地面的投影到小球落點(diǎn)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(yàn)證的等式是.,,,,圖S6-12,,,,, 要點(diǎn)總結(jié),,,,,,,,,1.用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,器材安裝如圖S6-13所示. (1)請(qǐng)指出圖中的錯(cuò)誤及不妥之處(至少寫出兩處): ; . (2)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中錯(cuò)誤及不妥之處后,打出如圖S6-14所示的一 條紙帶.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)時(shí)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(shí)驗(yàn)過程中存在各種阻力,已知實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律. (1)某同學(xué)利用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)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(jì)時(shí)裝置測(cè)出通過A和B的時(shí)間分別為tA和tB,用刻度尺測(cè)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(yàn)證等量關(guān)系式(用所測(cè)物理量符號(hào)表示)成立,就可說明在誤差允許范圍內(nèi)小球機(jī)械能守恒.,,,,,,,,圖S6-17,,,,,,,,,3.在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,使質(zhì)量為m=200 g的重物拖著紙帶自由下落,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn).選取一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶如圖S6-18所示,O為紙帶下落的起始點(diǎn),A、B、C為紙帶上選取的三個(gè)連續(xù)點(diǎn).已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔T=0.02 s打一個(gè)點(diǎn),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(shí)驗(yàn)室天花板處自由釋放一鋼球,用頻閃攝影手段驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.頻閃儀每隔相等時(shí)間短暫閃光一次,照片上記錄了鋼球在各個(gè)時(shí)刻的位置.(1)操作時(shí)比較合理的做法是(填選項(xiàng)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(gè)下落過程中的頻閃照片如圖S6-19所示,結(jié)合實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景估算f的可能值為(填選項(xiàng)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(cè)量鋼球各位置到釋放點(diǎn)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(shí)際直徑與照片上鋼球直徑之比為k.用游標(biāo)卡尺測(cè)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(hào),驗(yàn)證從O到A過程中鋼球機(jī)械能守恒成立的關(guān)系式為:2gs5=.,,,,,,,,,圖S6-20,,,,,,,,,5.某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖S6-21所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,實(shí)驗(yàn)主要步驟如下: 將光電門安放在固定于水平地面上的長(zhǎng)木板上; 將細(xì)繩一端連在小車上,另一端繞過兩個(gè)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(xì)繩與木板 平行; 測(cè)出開始時(shí)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(shí)間t;,,,,,,,,,,圖S6-21,,,,,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出小車與鉤碼組成的系統(tǒng)動(dòng)能的增加量和鉤碼重力勢(shì)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(dòng)能的增加量均等于鉤碼重力勢(shì)能的減少量,說明該系統(tǒng)機(jī)械能守恒. (1)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)步驟,實(shí)驗(yàn)中還需測(cè)量的物理量有(填選項(xiàng)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(shí)間t (2)由實(shí)驗(yàn)步驟和(1)選項(xiàng)中測(cè)得的物理量,可得到系統(tǒng)動(dòng)能增加量為,鉤碼重力勢(shì)能減少量為.(重力加速度為g),,,,,,,,,,,,,,,,,,1.在“驗(yàn)

17、證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中: (1)某同學(xué)用圖甲所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到如圖乙所示的紙帶,A、B、C、D、E為連續(xù)的五個(gè)點(diǎn),交流電的頻率為50 Hz,測(cè)出點(diǎn)A、C間的距離為14.77 cm,點(diǎn)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(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示重錘增加的動(dòng)能略大于重錘減少的重力勢(shì)能,則出現(xiàn)這一問題的原因可能是 (填選項(xiàng)前的字母). A.重錘下落時(shí)受到的阻力過大 B.在計(jì)算中誤將g取10 m/s2 C.重錘的質(zhì)量測(cè)量錯(cuò)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(yàn)證機(jī)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(shí)際距離,該同學(xué)通過計(jì)算得到不同時(shí)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(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5= m/s. (2)從t2到t5時(shí)間內(nèi),重力勢(shì)能增量Ep= J,動(dòng)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(yàn)證機(jī)械能守恒定律.由上述計(jì)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(shí)驗(yàn)裝置探究重錘下落過程中重力勢(shì)能與動(dòng) 能的轉(zhuǎn)化問題.(1)圖為一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶,O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì) 時(shí)器打下的第一點(diǎn).分別測(cè)出若干連續(xù)點(diǎn)A、B、C與 O點(diǎn) 之間的距離h1、h2、h3.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)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(diǎn)時(shí)的速度 大小為.,,,,,,,,,,,,,,(2)取打下O點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能為零,計(jì)算出該重錘下落不同高度h時(shí)所對(duì)應(yīng)的動(dòng)能Ek和重力勢(shì)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(duì)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).,,,,,,,,,,