2022-2023年高考物理一轮复习 第5章实验七验证机械能守恒定律课件

这是一份2022-2023年高考物理一轮复习 第5章实验七验证机械能守恒定律课件，共34页。PPT课件主要包含了过好双基关，研透命题点，基本实验要求，重力势能的减少量，刻度尺，打点计时器，接通电源，松开纸带，误差允许，基本实验方法等内容，欢迎下载使用。
1.实验目的验证机械能守恒定律.2.实验原理(如图1所示)通过实验，求出做自由落体运动物体的_________________和对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，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、交流电源、纸带、复写纸、重物、 、铁架台(带铁夹)、导线.
4.实验步骤(1)安装器材：将 固定在铁架台上，用导线将打点计时器与电源相连.(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 ，再 ，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.
(3)选纸带：分两种情况说明①若选第1点O到下落至某一点的过程，即用 来验证，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离接近 的纸带(电源频率为50 Hz).
5.实验结论在 的范围内，自由落体运动过程机械能守恒.
1.误差分析(1)测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值.(2)系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ΔEk＝ mvn2必定稍 于重力势能的减少量ΔEp＝mghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小 .
2.注意事项(1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要 架稳，使其两限位孔在同一竖直线上，以减少 .(2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料.(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落.
3.验证方案方案一：利用起始点和第n点计算
则验证了机械能守恒定律.方案二：任取两点计算(1)任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB.
例1　“验证机械能守恒定律”的实验装置如图2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＝___________；
解析　h6－h4＝h45＋h56，而h56－h45＝gT2，
(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_________________________.
变式1　用落体法验证机械能守恒定律，打出如图3甲所示的一条纸带.已知打点计时器工作频率为50 Hz.(1)根据纸带所给数据，打下C点时重物的速度为______ m/s(结果保留三位有效数字).
解析　C点的瞬时速度等于BD段的平均速度，
(2)某同学选用两个形状相同、质量不同的重物a和b进行实验，测得几组数据，画出 －h图象，并求出图线的斜率k，如图乙所示，由图象可知a的质量m1______(选填“大于”或“小于”)b的质量m2.
b的斜率小，知b的质量小，即m1>m2.
(3)通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量m2＝ 0.052 kg，当地重力加速度g＝9.78 m/s2，求出重物所受的平均阻力Ff＝______ N.(结果保留两位有效数字)
解析　m2＝0.052 kg，k2＝9.18，解得Ff＝m2(g－k2)＝0.052×(9.78－9.18) N≈0.031 N.
例2　为了验证矩形线框自由下落过程中上、下边经过光电门时机械能是否守恒，使用了如图4所示的实验装置，已知矩形线框用直径为d的圆形材料做成.某次实验中矩形线框下边和上边先后经过光电门的挡光时间分别为t1和t2.(1)为完成该实验，还需通过操作测量的相应物理量是____.A.用天平测出矩形线框的质量mB.用刻度尺测出矩形线框下边离光电门的高度hC.用刻度尺测出矩形线框上、下边之间的距离LD.用秒表测出线框上、下边通过光电门的时间间隔Δt
创新点1　实验装置的创新
(2)如果满足关系式________________(请用测量的物理量和已知量来表示，重力加速度为g)，则自由下落过程中线框的机械能守恒.
解析　本实验中用线框上、下边通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，
变式2　某实验小组的同学在做验证机械能守恒定律的实验，实验装置如图5甲所示，接下来该小组的同学完成了如下的操作：(1)先利用10分度的游标卡尺测出了小球的直径，其示数如图乙所示，该示数为_____ cm；
解析　游标卡尺的主尺刻度读数为12 mm，游标尺刻度读数为0.1×2 mm＝0.2 mm，则小球的直径d＝12.2 mm＝1.22 cm；
(2)将该小球由光电门1的正上方无初速度释放，先后通过光电门1、2，通过电脑显示的时间分别为Δt1＝5×10－3 s、Δt2＝4×10－3 s，若小球通过两光电门1、2的速度分别用v1、v2表示，由以上数据可知v2＝_____ m/s；
解析　根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，
(3)该小组的同学测出两光电门之间的距离为h，重力加速度用g表示，若小球的机械能守恒，则需要验证的关系式为______________.(用题中所给字母表示)
2gh＝v22－v12
解析　小球通过两光电门过程中重力势能的减小量为ΔEp＝mgh，
即为：2gh＝v22－v12.
例3　利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置如图6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M，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.
创新点2　实验方案的创新
(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M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图象如图乙所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝______ m/s2.
又M＝m，解得g＝9.6 m/s2.
变式3　用如图7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)(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝_____ m/s；
(2)在打下0点到打下计数点5的过程中系统动能的增加量ΔEk＝_____ J，系统重力势能的减少量ΔEp＝______ J；(当地的重力加速度g取10 m/s2)
ΔEp＝m2gh5－m1gh5＝0.60 J.
(3)若某同学作出 v2－h图象如图丙所示，则当地的重力加速度g＝_____ m/s2.
解得g＝9.7 m/s2.
例4　用如图8所示的装置测量弹簧的弹性势能.将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连.先用米尺测得B、C两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，然后由静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用时间为t，用米尺测量A、O之间的距离x.(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是v＝___.
实验拓展——探究弹簧的弹性势能
解析　滑块离开弹簧后的运动可视为匀速运动，故可以用BC段的平均速度表示滑块离开弹簧时的速度，
(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量____.(填字母序号)A.弹簧原长B.当地重力加速度C.滑块(含遮光片)的质量
解析　弹簧的弹性势能等于滑块增加的动能，故应求解滑块的动能，根据动能表达式可知，还需要测量滑块(含遮光片)的质量，故选C.