高考物理【一轮复习】讲义32　第五章　实验探究课七　验证机械能守恒定律课件PPT

这是一份高考物理【一轮复习】讲义32　第五章　实验探究课七　验证机械能守恒定律课件PPT，共51页。PPT课件主要包含了实验储备·一览清，实验类型·全突破，计时器的电源，m1gl，－21，实验对点训练七，mgh，mgh5，见解析等内容，欢迎下载使用。
[学习目标]　1．熟悉验证机械能守恒定律的实验原理、实验步骤及数据处理。2．会在创新实验中探究机械能守恒定律。
类型1　教材原型实验[典例1]　(2021·浙江6月选考节选)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_____________________________________。
阻力与重力之比更小(或其他合理解释)
(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＝9.8 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
[典例2]　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之间还各有一个计时点，重锤的质量为1.00 kg。根据以上数据算出：当打点计时器打到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3位有效数字)
先释放了纸带，再接通打点
类型2　拓展创新实验[典例3]　(2023·天津卷)某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，接通气垫导轨气源，释放托盘与砝码，并测得：a．遮光片的宽度d；b．遮光片到光电门的距离l；c．遮光片通过光电门的时间Δt；d．托盘与砝码的质量m1，小车与遮光片的质量m2。
[典例4]　(2022·湖北卷)某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin。改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制的Tmax-Tmin图像是一条直线，如图乙所示。
(1)若小钢球摆动过程中机械能守恒，则图乙中直线斜率的理论值为________。(2)由图乙得：直线的斜率为________，小钢球的重力为________ N。(结果均保留两位有效数字)(3)该实验系统误差的主要来源是________。A．小钢球摆动角度偏大B．小钢球初始释放位置不同C．小钢球摆动过程中有空气阻力
创新点解读　本实验的创新点体现在以下三方面：(1)用拉力传感器验证机械能守恒定律。(2)综合了牛顿运动定律、圆周运动及其相关知识验证机械能守恒定律。(3)巧妙地利用钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin的Tmax-Tmin图像验证机械能守恒定律。
1．(2024·广东汕头联考)某研究小组利用如图甲所示实验装置验证机械能守恒定律。内置有光电门的摆锤通过轻杆与转轴O相连，摆锤通过遮光片时可记录遮光时间。实验时，摆锤从M点由静止释放，依次记录其通过每个遮光片所对应的时间t。用刻度尺测出每个遮光片距最低点N的竖直高度为h，摆锤质量为m，重力加速度为g。
(1)实验前，用游标卡尺测量遮光片的宽度d，其示数如图乙所示，则d＝________ mm。(2)若以最低点N所在平面为零势能面，选用字母m、h、d、t、g表示物理量，则经过某个遮光片时，摆锤的重力势能Ep＝________，动能Ek＝________；对比通过各遮光片处摆锤的机械能E(E＝Ep＋Ek)是否相等，可判断机械能守恒与否。
(3)为了更直观地处理数据，研究小组绘制了摆锤摆下过程中动能、重力势能及机械能随高度变化的图像如图丙所示，仔细比对数据发现，摆锤摆下过程中，重力势能减少量________(选填“大于”或“小于”)动能增加量。
(3)由Ep＝mgh知，Ep-h是一条过原点的直线，可知重力势能的图线应为B，摆锤摆下过程中，速度逐渐增大，其动能逐渐增大，可见动能的图线应为C，则机械能的图线应为A，由题图丙知，摆锤摆下过程中，摆锤的机械能逐渐减少，动能逐渐增加，重力势能逐渐减少，则摆锤的重力势能减少量大于动能增加量。
(1)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置，测得此时弹簧的长度为L。接通打点计时器电源。从静止释放钩码，弹簧收缩，得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图乙所示，纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出A点)。从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为_____________________，钩码的动能增加量为____________，钩码的重力势能增加量为________。
(2)利用计算机软件对实验数据进行处理，得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系，如图丙所示。由图丙可知，随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，主要原因是________。
(2)钩码机械能的增加量等于钩码动能和重力势能增加量的总和，若无阻力做功，则弹簧弹性势能的减少量等于钩码机械能的增加量。现在随着h增加，两条曲线在纵向的间隔逐渐变大，而两条曲线在纵向的间隔即阻力做的功，则产生这个问题的主要原因是钩码和纸带上升高度越大，阻力做功越多。
3．(2025·河北保定高三检测)某实验小组用如图所示的装置来验证机械能守恒定律。绕过定滑轮的轻质细线的两端分别悬挂质量均为m的重物A、B且处于静止状态，A与纸带连接，纸带通过固定的打点计时器(电源频率为50 Hz)，在B的下端再挂质量为M的重物C。由静止释放重物C，利用打点计时器打出的纸带可研究系统(由重物A、B、C组成)的机械能守恒，重力加速度大小为g，回答下列问题：
(1)关于该实验，下列说法正确的是________。A．实验时应先释放纸带再接通电源B．无须测量重物C的质量M就可以验证机械能守恒定律C．此实验存在系统误差，系统的总动能的增加量略大于总重力势能的减少量D．对选取的纸带，若第1个点对应的速度为0，则第1、2两点间的距离一定小于2 mm
4．某同学用如图(a)所示的装置验证机械能守恒定律。用细线把钢制的圆柱挂在架子上，架子下部固定一个小电动机，电动机轴上装一支软笔。电动机转动时，软笔尖每转一周就在钢柱表面画上一条痕迹(时间间隔为T)。如图(b)，在钢柱上从痕迹O开始选取5条连续的痕迹A、B、C、D、E，测得它们到痕迹O的距离分别为hA、hB、hC、hD、hE。已知当地重力加速度为g。
(1)若电动机的转速为3 000 r/min，则T＝________ s。(2)实验操作时，应该________。A．先接通电源使电动机转动，后烧断细线使钢柱由静止开始自由下落B．先烧断细线使钢柱由静止开始自由下落，后打开电源使电动机转动
(3)画出痕迹D时，钢柱下落的速度vD＝________。(用题中所给物理量的字母表示)(4)设各条痕迹到O的距离为h，对应钢柱的下落速度为v，画出v2-h图像，发现图线接近一条倾斜的直线，若该直线的斜率近似等于________，则可认为钢柱下落过程中机械能守恒。