2024年高考物理第一轮复习：创新实验课(07)　验证机械能守恒定律课件PPT

这是一份2024年高考物理第一轮复习：创新实验课(07)　验证机械能守恒定律课件PPT，共54页。PPT课件主要包含了实验基础知识，命题点一，实验原理与操作，命题点二，数据处理与误差分析，命题点三，创新拓展实验等内容，欢迎下载使用。
一、实验基本技能1．实验目的验证机械能守恒定律．2．实验原理(如图所示)通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．
3．实验器材打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根．4．实验步骤(1)安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压电源相连．(2)打纸带用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条(3～5条)纸带．
用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压有8 V的交流电和直流电两种．重物从高处由静止开始下落，重物拖着纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律．
(1)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B．将打点计时器接到电源的直流输出端上C．用天平测出重物的质量D．释放纸带，同时接通电源开关打出一条纸带E．测量打出的纸带上某些点之间的距离F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能其中没有必要进行或者操作不恰当的步骤是________．(将其选项对应的字母填在横线处)
答案：(1)BCD　(2)过原点的倾斜直线　重力加速度g
[对点演练]1．如图甲所示为验证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、打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题．
(1)(多选)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材是________．A．刻度尺　　　　　　B．停表C．多用电表 D．交流电源(2)(多选)下面列举了该实验的几个操作步骤，其中操作不当的步骤是________. A．用天平测出重锤的质量B．按照图示的装置安装器件C．先释放纸带，后接通电源D．测量纸带上某些点间的距离
(3)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，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图乙所示．使用的交流电的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式为a＝________(用x1、x2、x3、x4及f表示).
2．(2022·四川南充市第二次适应性考试)“验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示，图乙为实验所得的一条纸带，在纸带上选取了点迹清晰的连续7个点，若只测出了点4与点0之间的距离为h4以及点6与点0的距离为h6，已知打点周期为T，当地重力加速度为g.(以下的三个结论均由题中所给符号表示)
(1)打点5时重物的速度v＝________．(2)由已知条件从理论上计算点5到点0的距离h5＝________．(3)若打点0时重物的速度为零，则要验证从点0到点5间重物下落过程中机械能守恒的等式为________________．
(2021·浙江卷)在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图1所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图2所示．O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点．
(1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是______．(2)已知交流电频率为50 Hz，重物质量为200 g，当地重力加速度g＝9.80 m/s2，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值|ΔEp|＝________ J、C点的动能EkC＝________ J(计算结果均保留三位有效数字)．比较EkC与|ΔEp|的大小，出现这一结果的原因可能是________．A．工作电压偏高B．存在空气阻力和摩擦力C．接通电源前释放了纸带
工作电压偏高不会影响实验的误差，存在摩擦力会使重力势能的减少量大于动能的增加量，只有提前释放了纸带，纸带的初速度不为零，下落到同一位置的速度偏大才会导致动能的增加量大于重力势能的减少量．答案：(1) 阻力与重力之比更小(或其他合理解释)(2)0.547　0.588　C
[对点演练]3．(2022·湖北宜昌市四月调研)用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.
答案：(1)2.25　(2)大于　(3)0.031
4．如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置．(g取9.80 m/s2)
(1)选出一条点迹清晰的纸带如图乙所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流．用分度值为1 mm的刻度尺测得OA＝12.41 cm，OB＝18.90 cm，OC＝27.06 cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为1.00 kg.甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了________J；此时重锤的速度vB＝________m/s，此时重锤的动能比开始下落时增加了________J． (结果均保留三位有效数字)
答案：(1)1.85　1.83　1.67　 (2)B　先释放了纸带，后接通打点计时器的电源
(2021·河北卷)某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系，所用器材有：一端带滑轮的长木板、轻细绳、50 g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块(质量为200 g，其上可放钩码)、刻度尺，当地重力加速度为9.80 m/s2，实验操作步骤如下：图1
①安装器材，调整两个光电门距离为50.00 cm，轻细绳下端悬挂4个钩码，如图1所示；②接通电源，释放滑块，分别记录遮光条通过两个光电门的时间，并计算出滑块通过两个光电门的速度；③保持最下端悬挂4个钩码不变，在滑块上依次增加一个钩码，记录滑块上所载钩码的质量，重复上述步骤；
④完成5次测量后，计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统(包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码)总动能的增加量ΔEk及系统总机械能的减少量ΔE，结果如下表所示：
回答下列问题：(1)实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为______ J(保留三位有效数字)；(2)步骤④中的表格所缺数据为________；(3)若M为横轴，ΔE为纵轴，选择合适的标度，在图2中绘出ΔE­M图像；完全忽略滑块与木板之间的摩擦力做功，则滑块与木板之间的动摩擦因数为________(保留两位有效数字)．
【解题方案】第1步：弄清实验目的：探究机械能变化量与力做功的关系．第2步：理清实验原理：根据能量守恒定律，系统重力势能的减少量等于系统动能的增加量与增加的内能之和，系统减少的机械能转化为内能．第3步：制定数据处理方案：系统减少的机械能等于克服摩擦力做的功，因此求出每次改变钩码后系统减少的机械能，根据ΔE＝μMgL即可求出动摩擦因数，多求几次摩擦系数，最后求平均值．
(3)根据表格数据描点得ΔE­M的图像为
答案：(1)0.980　(2)0.588(3)见解析　0.40(0.38～0.42)
[对点演练]5．(实验原理的创新)小明同学利用如图所示的装置来验证机械能守恒定律．A为装有挡光片的钩码，总质量为M，挡光片的挡光宽度为b，轻绳一端与A相连，另一端跨过光滑轻质定滑轮与质量为m(m＜M)的重物B相连．他的做法是：先用力拉住B，保持A、B静止，测出A的挡光片上端到光电门的距离h，然后由静止释放B，A下落过程中经过光电门，光电门可测出挡光片的挡光时间t，算出挡光片经过光电门的平均速度，将其视为A下落h(h≫b)时的瞬时速度，重力加速度为g.
(1)在A从静止开始下落h的过程中，验证以A、B、地球所组成的系统机械能守恒的表达式为________(用题目所给物理量的符号表示)．(2)由于光电门所测的平均速度与物体A下落h时的瞬时速度间存在一个差值Δv，因而系统减少的重力势能________(填“大于”或“小于”)系统增加的动能．(3)为减小上述Δv对结果的影响，小明同学想到了以下一些做法，其中可行的是________．A．保持A下落的初始位置不变，测出多组t，算出多个平均速度然后取平均值B．减小挡光片上端到光电门的距离hC．增大挡光片的挡光宽度bD．适当减小挡光片的挡光宽度b
(4)若采用本装置测量当地的重力加速度g，则测量值______(填“大于”“等于”或“小于”)真实值．
6．(实验过程的创新)用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．图乙给出的是实验中获取的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，所用电源的频率为50 Hz.已知m1＝50 g、m2＝150 g．则：(结果均保留两位有效数字)
答案：(1)2.4　(2)0.58　0.60　(3)9.7
7．(实验目的的创新)(2021·山东卷)某乒乓球爱好者，利用手机研究乒乓球与球台碰撞过程中能量损失的情况．实验步骤如下：①固定好手机，打开录音功能；②从一定高度由静止释放乒乓球；③手机记录下乒乓球与台面碰撞的声音，其随时间(单位：s)的变化图像如图所示．
根据实验数据，回答下列问题：(1)利用碰撞时间间隔，计算出第3次碰撞后乒乓球的弹起高度为________m(保留2位有效数字，当地重力加速度g＝9.80 m/s2)．(2)设碰撞后弹起瞬间与该次碰撞前瞬间速度大小的比值为k，则每次碰撞损失的动能为碰撞前动能的______倍(用k表示)，第3次碰撞过程中k＝______(保留2位有效数字)．(3)由于存在空气阻力，第(1)问中计算的弹起高度________(填“高于”或“低于”)实际弹起高度．
答案：(1)0.20　(2)1－k2　0.95　(3)高于