2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件.ppt

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實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 第五章機(jī)械能 內(nèi)容索引 過(guò)好雙基關(guān) 命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn) 命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 1 過(guò)好雙基關(guān) 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證機(jī)械能守恒定律 2 實(shí)驗(yàn)原理 如圖所示 通過(guò)實(shí)驗(yàn) 求出做自由落體運(yùn)動(dòng)物體的和相應(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 3 實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 電源 紙帶 復(fù)寫紙 重物 鐵架臺(tái) 帶鐵夾 導(dǎo)線兩根 重力勢(shì) 能的減少量 刻度尺 4 實(shí)驗(yàn)步驟 1 安裝器材 將固定在鐵架臺(tái)上 用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與低壓電源相連 2 打紙帶用手豎直提起紙帶 使重物停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器下方附近 先 再 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 換上新的紙帶重打幾條 3 5條 紙帶 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 接通電源 松開紙帶 3 選紙帶 分兩種情況說(shuō)明 若選第1點(diǎn)O到下落到某一點(diǎn)的過(guò)程 即用來(lái)驗(yàn)證 應(yīng)選點(diǎn)跡清晰 且1 2兩點(diǎn)間距離小于或接近的紙帶 用mvB2 mvA2 mg h驗(yàn)證時(shí) 由于重力勢(shì)能的相對(duì)性 處理紙帶時(shí)選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn) 這樣紙帶上打出的第1 2兩點(diǎn)間的距離是否小于或接近2mm就無(wú)關(guān)緊要了 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論在的范圍內(nèi) 自由落體運(yùn)動(dòng)過(guò)程機(jī)械能守恒 2mm 誤差允許 1 誤差分析 1 測(cè)量誤差 減小測(cè)量誤差的方法 一是測(cè)下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起 一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)下落高度測(cè)量完 二是多測(cè)幾次取平均值 2 系統(tǒng)誤差 由于重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力做功 故動(dòng)能的增加量 Ek mvn2必定稍于重力勢(shì)能的減少量 Ep mghn 改進(jìn)辦法是調(diào)整安裝的器材 盡可能地減小 小 阻力 2 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)要架穩(wěn) 使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi) 以減少 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 后松開紙帶讓重物下落 4 測(cè)長(zhǎng)度 算速度 某時(shí)刻的瞬時(shí)速度的計(jì)算應(yīng)用vn 不能用vn 或vn gt來(lái)計(jì)算 豎直 摩擦阻力 3 驗(yàn)證方案方案一 利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算代入mghn和mvn2 如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi) mghn和mvn2相等 則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律 方案二 任取兩點(diǎn)計(jì)算 1 任取兩點(diǎn)A B 測(cè)出hAB 算出mghAB 2 算出mvB2 mvA2的值 3 在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi) 若mghAB mvB2 mvA2 則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律 方案三 圖象法從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn) 測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h 并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2 然后以v2為縱軸 以h為橫軸 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出v2 h圖象 若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為的直線 則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律 g 2 命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn) 2016 北京理綜 21 2 利用圖裝置做 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn) 1 為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒 需要比較重物下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)間的 A 動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量B 速度變化量和勢(shì)能變化量C 速度變化量和高度變化量 例1 答案 2 除帶夾子的重物 紙帶 鐵架臺(tái) 含鐵夾 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 導(dǎo)線及開關(guān)外 在下列器材中 還必須使用的兩種器材是 A 交流電源B 刻度尺C 天平 含砝碼 答案 分析 3 實(shí)驗(yàn)中 先接通電源 再釋放重物 得到圖所示的一條紙帶 在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A B C 測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA hB hC 已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T 設(shè)重物的質(zhì)量為m 從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中 重物的重力勢(shì)能變化量 Ep 動(dòng)能變化量 Ek 答案 分析 mghB 4 大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示 重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量 原因是 A 利用公式v gt計(jì)算重物速度B 利用公式v 計(jì)算重物速度C 存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D 沒(méi)有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法 答案 5 某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒 在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 測(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h 計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v 描繪v2 h圖象 并做如下判斷 若圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線 則重物下落過(guò)程中機(jī)械能守恒 請(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷是否正確 答案 解析 不正確 理由見解析 1 2016 全國(guó) 卷 22 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 a b 該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率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 答案 解析 A C的時(shí)間中點(diǎn) B D的時(shí)間中點(diǎn) 分析 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 答案 解析 重物下落的過(guò)程中 由牛頓第二定律可得mg F阻 ma 由已知條件F阻 0 01mg 由 得a 0 99g 40 2 如圖是用 落體法 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置 g取9 80m s2 1 選出一條清晰的紙帶如圖甲所示 其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn) A B C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以頻率為50Hz的交變電流 用分度值為1mm的刻度尺測(cè)得OA 12 41cm OB 18 90cm OC 27 06cm 在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn) 重錘的質(zhì)量為1 00kg 甲同學(xué)根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出 當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了 J 此時(shí)重錘的速度vB m s 此時(shí)重錘的動(dòng)能比開始下落時(shí)增加了 J 結(jié)果均保留三位有效數(shù)字 答案 解析 1 85 1 83 1 67 2 某同學(xué)利用他自己實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶 測(cè)量出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)的距離h 算出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度v 然后以h為橫軸 以v2為縱軸作出了如圖乙所示的圖線 圖線的斜率近似等于 A 19 6B 9 8C 4 90圖線未過(guò)原點(diǎn)O的原因是 答案 解析 先釋放了紙帶 再合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的開關(guān) 3 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 發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)誤差較大 為了減小誤差 該同學(xué)設(shè)計(jì)出如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)前調(diào)整光電門位置 使小鐵球下落通過(guò)光電門時(shí)球心能擋住激光束 實(shí)驗(yàn)時(shí) 小鐵球從A點(diǎn)自由下落 經(jīng)過(guò)光電門B時(shí) 通過(guò)毫秒計(jì)時(shí)器 圖中未畫出 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 則小鐵球通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v 如果測(cè)量的d t h g滿足關(guān)系式 即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 答案 解析 3 3 命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 某同學(xué)用如圖所示的裝置驗(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 例2 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 答案 分析 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 答案 解析 遮光條的寬度d 1 50cm 鋼球的速度v 1 50m s 1 50 1 50 3 下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 答案 解析 不同意 因?yàn)榭諝庾枇?huì)造成 Ek小于 Ep 但表中 Ek大于 Ep 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 不同意理由見解析 4 請(qǐng)你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議 答案 分別測(cè)出光電門和球心到懸點(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 解析 見解析 4 某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示 在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個(gè)光電傳感器A B 滑塊P上固定一遮光條 若光線被遮光條遮擋 光電傳感器會(huì)輸出高電壓 兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計(jì)算機(jī)相連 滑塊在細(xì)線的牽引下向左加速運(yùn)動(dòng) 遮光條經(jīng)過(guò)光電傳感器A B時(shí) 通過(guò)計(jì)算機(jī)可以得到如圖乙所示的電壓U隨時(shí)間t變化的圖象 1 實(shí)驗(yàn)前 接通氣源 將滑塊 不掛鉤碼 置于氣墊導(dǎo)軌上 輕推滑塊 當(dāng)圖乙中的 t1 t2 選填 或 時(shí) 說(shuō)明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平 答案 解析 實(shí)驗(yàn)前 接通氣源 將滑塊 不掛鉤碼 置于氣墊導(dǎo)軌上 輕推滑塊 當(dāng)圖乙中的 t1 t2時(shí) 說(shuō)明滑塊已經(jīng)勻速運(yùn)動(dòng) 說(shuō)明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平 2 用游標(biāo)卡尺測(cè)遮光條寬度d 測(cè)量結(jié)果如圖丙所示 則d mm 答案 解析 5 0 用游標(biāo)卡尺測(cè)遮光條寬度d 則d 5 0mm 3 滑塊P用細(xì)線跨過(guò)氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與鉤碼Q相連 鉤碼Q的質(zhì)量為m 將滑塊P由圖甲所示位置釋放 通過(guò)計(jì)算機(jī)得到的圖象如圖乙所示 若 t1 t2和d已知 要驗(yàn)證滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒 還應(yīng)測(cè)出 寫出物理量的名稱及符號(hào) 答案 解析 滑塊質(zhì)量M和兩光電門間距離L 4 若上述物理量間滿足關(guān)系式 則表明在上述過(guò)程中 滑塊和砝碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 答案 解析 5 2016 全國(guó) 卷 22 某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究 實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示 輕彈簧放置在光滑水平桌面上 彈簧左端固定 右端與一物塊接觸而不連接 紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接 向左推物塊使彈簧壓縮一段距離 由靜止釋放物塊 通過(guò)測(cè)量和計(jì)算 可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能 1 實(shí)驗(yàn)中涉及到下列操作步驟 把紙帶向左拉直 松手釋放物塊 接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源 向左推物塊使彈簧壓縮 并測(cè)量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是 填入代表步驟的序號(hào) 答案 2 圖中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz 由M紙帶所給的數(shù)據(jù) 可求出在該紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為 m s 比較兩紙帶可知 填 M 或 L 紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大 答案 解析 1 29 M 6 利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示 水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌 導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶長(zhǎng)方形遮光片的滑塊 其總質(zhì)量為M 左端由跨過(guò)輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩和一質(zhì)量為m的小球相連 遮光片兩條長(zhǎng)邊與導(dǎo)軌垂直 導(dǎo)軌上B點(diǎn)有一光電門 可以測(cè)量遮光片經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的擋光時(shí)間t 用d表示A點(diǎn)到光電門B處的距離 b表示遮光片的寬度 將遮光片通過(guò)光電門的平均速度看作滑塊通過(guò)B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度 實(shí)驗(yàn)時(shí)滑塊在A處由靜止開始運(yùn)動(dòng) 1 某次實(shí)驗(yàn)測(cè)得傾角 30 重力加速度用g表示 滑塊從A處到達(dá)B處時(shí)m和M組成的系統(tǒng)動(dòng)能增加量可表示為 Ek 系統(tǒng)的重力勢(shì)能減少量可表示為 Ep 在誤差允許的范圍內(nèi) 若 Ek Ep 則可認(rèn)為系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 用題中字母表示 答案 解析 2 在上次實(shí)驗(yàn)中 某同學(xué)改變A B間的距離 作出的v2 d圖象如圖乙所示 并測(cè)得M m 則重力加速度g m s2 答案 解析 9 6