人教版新高考物理一轮总复习--实验7　验证机械能守恒定律课件PPT

这是一份人教版新高考物理一轮总复习--实验7　验证机械能守恒定律课件PPT，共39页。PPT课件主要包含了内容索引，必备知识落实，实验能力形成，巩固提升检测，实验原理图，ABD，拆除装置整理器材，mgx，Ek2-Ek1等内容，欢迎下载使用。

一、实验目的验证机械能守恒定律。二、实验原理
三、实验器材铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹)。
四、实验过程1.安装置:如图所示,将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。
2.打纸带: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靠近打点计时器的地方。先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3~5次实验。
六、误差分析1.本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功,故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp,即ΔEk<ΔEp,这属于系统误差。改进的办法是调整器材的安装,尽可能地减小阻力。2.本实验的另一个误差来源于长度的测量,属偶然误差。减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起,一次将各计数点对应的下落高度测量完;或者多次测量取平均值来减小误差。3.打点计时器产生的误差。(1)由于交变电流周期的变化,引起打点时间间隔变化而产生误差;(2)计数点选择不好,振动片振动不均匀,纸带放置方法不正确引起摩擦,造成实验误差。
七、注意事项1.打点计时器要稳定地固定在铁架台上,打点计时器平面与纸带限位孔调整到竖直方向,以减小摩擦阻力。2.重物要选用密度大、体积小的物体,这样可以减小空气阻力的影响,从而减小实验误差。3.实验中,需保持提纸带的手不动,且保证纸带竖直,待接通电源,打点计时器工作稳定后,再松开纸带。4.测量下落高度时,为了减小测量值h的相对误差,选取的各个计数点要离起始点远一些,纸带也不易过长,有效长度可在60~80 cm之间。
【例1】 某兴趣小组利用自由落体运动来验证机械能守恒定律。(1)(多选)在本实验中需要测量的物理量有____________。 A.重物的质量B.重力加速度C.重物下落的高度D.与重物下落高度所对应的瞬时速度大小(2)(多选)下列器材中,实验必须用到的有____________。 A.打点计时器B.重物C.天平D.毫米刻度尺E.停表F.小车
(3)请完成以下实验操作步骤:A.准备实验器材;B.将打点计时器竖直固定在铁架台上;C.将重物连接在纸带上并穿过打点计时器;D.接通电源,释放纸带;E.取下纸带,重复上述实验步骤多次;F.____________________________________。 
(4)实验中打出的某条点迹清晰的纸带如图所示。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz,当地的重力加速度g取9.80 m/s2,重物的质量为1.00 kg。重物运动到打B点时的动能为_______ J,运动到打E点时的动能为______ J,从打B点到打E点的过程中,重物重力势能减少了_______ J。(均保留3位有效数字) 
【例2】 (2020·江苏苏州虎丘一中一模)验证机械能守恒定律的实验装置如图所示。
(1)一同学按照正确的实验步骤操作后,选出一条纸带如图所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点。从纸带上A点开始每隔一个点取一个计数点,取得两个计数点B和C。该同学用刻度尺测得hOA=9.62 cm,hOB=15.89 cm, hOC=23.64 cm。已知打点计时器每0.02 s打一个点,重物的质量为1.00 kg,g取9.80 m/s2。在OB段运动过程中,重物重力势能的减少量ΔEp=_________ J,重物动能的增加量ΔEk=____________ J。(结果均保留3位有效数字) 
(1.53~1.54均可)
先释放重物,再接通(打点计时器)电源
在高考中往往以教材上的实验为背景,通过改变实验条件、实验仪器设置题目,不脱离教材而又不拘泥于教材,体现开放性、探究性、实验方法的改进等特点。
1.实验器材、装置的改进
【例3】 利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图所示。 (1)实验步骤。①将气垫导轨放在水平桌面上,桌面高度不低于1 m,将导轨调至水平。②用游标卡尺测量挡光条的宽度l=9.30 mm。③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x=________________ cm。 ④将滑块移至光电门1左侧某处,待砝码静止不动时,释放滑块,要求砝码落地前挡光条已通过光电门2。
60.00(59.96~60.04)
⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2。⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量m0,再称出托盘和砝码的总质量m。
(2)用表示直接测量量的字母写出下列所求物理量的表达式:①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1=____________和v2=____________。 ②当滑块通过光电门1和光电门2时,系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1=_________________和Ek2=_________________。 ③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中,系统势能的减少ΔEp=____________(重力加速度为g)。 (3)如果ΔEp=_____________,则可认为验证了机械能守恒定律。 
解析:(1)由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x=80.30 cm-20.30 cm=60.00 cm。
(3)两光电门中心之间的距离x为砝码和托盘下落的高度,系统势能的减小量ΔEp=mgx,最后对比Ek2-Ek1与ΔEp数值大小,若在误差允许的范围内相等,就验证了机械能守恒定律。
特别提醒该实验的创新之处是实验器材的变化:打点计时器改用光电计时器,减小了因摩擦造成的误差,提高了速度测量的精度。
1.(2020·湖北宜昌四月调研)用自由落体法验证机械能守恒定律,打出如图甲所示的一条纸带。已知打点计时器工作频率为50 Hz。
2.(2020·四川资阳一诊)利用气垫导轨验证机械能守恒定律的实验装置如图甲所示,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m0,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为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作滑块通过B点时的瞬时速度v,实验时滑块在A处由静止开始运动。
(1)某次实验测得倾角θ=30°,重力加速度用g表示,滑块从A处到达B处时m和m0组成的系统动能增加量可表示为ΔEk=_______________,系统的重力势能减少量可表示为ΔEp=____________,在误差允许的范围内,若ΔEk=ΔEp,则可认为系统的机械能守恒;(用题中所给字母表示) (2)按上述实验方法,某同学改变A、B间的距离,得到滑块到B点时对应的速度,作出v2-d图像如图乙所示,并测得m0=m,则重力加速度g=_______ m/s2。
3.(2020·山东潍坊模拟)用如图乙所示的气垫导轨装置验证机械能守恒定律,定滑轮下悬挂质量为m的钩码A,质量为m'的滑块B上遮光条宽度为d,实验时,滑块由静止释放,测得遮光条通过光电门1、2的时间分别为Δt1和Δt2,两光电门中心之间的距离为l。
(1)用游标卡尺测量遮光条宽度如图甲所示,其读数为d=___________ cm;(2)在钩码从静止开始释放后,验证A、B组成的系统机械能守恒的表达式为________________________　;从钩码由静止开始释放到滑块经过光电门2时,绳子拉力对滑块B做的功为_____________(用题目所给物理量的符号表示)。 
解析:(1)游标尺为20分度,其精确度为0.05 mm,由题图可知游标卡尺的主尺刻度为0.8 cm,游标尺的第12格与主尺刻度对齐,则游标尺的读数为0.05×12 mm=0.60 mm,所以遮光条宽度d=0.8 cm+0.60 mm=0.860 cm。