適用于新高考新教材廣西專版2024屆高考物理一輪總復習第5章機械能實驗7驗證機械能守恒定律課件

實驗7驗證機械能守恒定律第五章內容索引010203強基礎增分策略增素能精準突破練思維遷移運用強基礎增分策略誤差分析1.減小測量誤差:一是測下落距離時都從0點量起,依次將各打點對應下落高度測量完,二是多測幾次取平均值。2.誤差來源:由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功,故動能的增加量

必定稍小于重力勢能的減少量ΔEp=mghn,改進辦法是調整器材的安裝,盡可能地減小阻力。易錯辨析

(1)在驗證機械能守恒定律的實驗中,安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn),使其兩限位孔在同一豎直平面內以減少摩擦阻力。(

)(2)在驗證機械能守恒定律的實驗中,應選用質量大、體積小的重物。(

)(3)在驗證機械能守恒定律的實驗中,應先接通電源,讓打點計時器正常工作,后松開紙帶讓重物下落。(

)√√√×增素能精準突破考點一教材原型實驗典例1.某同學用如圖甲所示裝置驗證機械能守恒定律時,所用交流電源的頻率為50Hz,得到如圖乙所示的紙帶。選取紙帶上打出的連續(xù)五個點A、B、C、D、E,測出A點距起點O的距離為s0=19.00cm,點A、C間的距離s1=8.36cm,點C、E間的距離為s2=9.88cm,g取9.8m/s2,測得重物的質量為m=2kg。甲

乙(1)下列做法正確的有

(填選項前字母)。

A.兩限位孔必須在同一豎直線上B.實驗前,手應提住紙帶上端,使紙帶豎直C.實驗時,先放開紙帶,再接通打點計時器的電源D.數(shù)據處理時,應選擇紙帶上距離較近的兩點作為初、末位置(2)選取O、C兩點為初、末位置驗證機械能守恒定律,重物減少的重力勢能是

J,打下C點時重物的動能是

J。(結果保留三位有效數(shù)字)

(3)根據紙帶算出打下各點時重物的速度v,量出下落距離s,則以

為縱坐標、以s為橫坐標畫出的圖像應是下面的

。

思維點撥

圖像法在驗證機械能守恒定律實驗中的應用從紙帶上選取多個點,測量從第一點到其余各點的下落高度h,并計算各點速度的二次方v2,然后以

為縱軸,以h為橫軸,根據實驗數(shù)據繪出-h圖像。若在實驗誤差允許的范圍內,圖像是一條過原點且斜率為g的直線,則驗證了機械能守恒定律。答案

(1)AB

(2)5.36

5.20

(3)C解析

(1)為減小摩擦,兩限位孔必須在同一豎直線上,選項A正確;實驗前,手應提住紙帶上端,使紙帶豎直,選項B正確;實驗時,先接通打點計時器的電源,再放開紙帶,選項C錯誤;數(shù)據處理時,為減小實驗誤差,應選擇紙帶上距離較遠的兩點作為初、末位置,選項D錯誤。(2)重物減少的重力勢能為ΔEp=mg(s0+s1)=2×9.8×(0.190

0+0.083

6)J=5.36

J,由中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度知,打下C點時考題點睛

考點二實驗的改進與創(chuàng)新實驗原理的創(chuàng)新

1.利用鋼球擺動來驗證機械能守恒定律。2.利用光電門測量擺球的瞬時速度實驗器材的創(chuàng)新

1.小球在重力作用下做豎直上拋運動。2.利用頻閃照片獲取實驗數(shù)據實驗過程的創(chuàng)新

1.用光電門測量小球下落到B點的速度。2.結合

-H圖線判斷小球下落過程中機械能守恒。3.分析實驗誤差,ΔEp-ΔEk隨H變化的規(guī)律實驗過程的創(chuàng)新

1.利用系統(tǒng)機械能守恒代替單個物體的機械能守恒。2.利用光電門測量滑塊的瞬時速度典例2.某同學設計出如圖甲所示的實驗裝置來“驗證機械能守恒定律”,讓小球從A點自由下落,下落過程中經過A點正下方B處的光電門時,數(shù)字計時器記錄下小球通過光電門的時間t,當?shù)氐闹亓铀俣葹間。(1)為了驗證機械能守恒定律,該實驗還需要測量的物理量是

(填選項前字母)。

A.小球的質量mB.AB之間的距離HC.小球從A到B的下落時間tABD.小球的直徑d(2)小球通過光電門時的瞬時速度v=

(用題中所給的物理量表示)。

(3)調整AB之間距離H,多次重復上述過程,作出

隨H的變化圖像如圖乙所示,當小球下落過程中機械能守恒時,該直線斜率k0=

。

(4)在實驗中根據數(shù)據實際繪出-H圖像的直線斜率為k(k<k0),則實驗過程中所受的平均阻力F阻與小球重力mg的比值=

(用k、k0表示)。

解析

(1)根據機械能守恒定律的表達式可知,方程兩邊可以約掉質量,因此不需要測量質量,故A錯誤;根據實驗原理可知,需要測量的是A點到B點的距離H,故B正確;利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度,不需要測量下落時間,故C錯誤;利用小球通過光電門的平均速度來代替瞬時速度時,需要知道擋光物體的尺寸,因此需要測量小球的直徑,故D正確。(2)已知經過光電門時的時間、小球的直徑,則可以由平均速度表示經過光電門時的速度,故

?？碱}點睛

考點考向點睛數(shù)字計時器的使用圖像法處理規(guī)律:實驗中不需知道重力勢能減少和動能增加的具體數(shù)值,只須比較大小,不用測小球質量方法:用數(shù)字計時器測出小球通過它的時間,v=計算速度,寫出圖像縱橫軸的關系式,利用圖像信息解決問題練思維遷移運用1.(2021山東卷)某乒乓球愛好者利用手機研究乒乓球與球臺碰撞過程中能量損失的情況。實驗步驟如下:①固定好手機,打開錄音功能;②從一定高度由靜止釋放乒乓球;③手機記錄下乒乓球與臺面碰撞的聲音隨時間(單位:s)的變化圖像如圖所示,根據聲音圖像記錄的碰撞次序及相應碰撞時刻,如表所示。碰撞次序1234567碰撞時刻/s1.121.582.002.402.783.143.47根據實驗數(shù)據,回答下列問題:(1)利用碰撞時間間隔,計算出第3次碰撞后乒乓球的彈起高度為

m(保留2位有效數(shù)字,重力加速度g取9.80m/s2)。

(2)設碰撞后彈起瞬間與該次碰撞前瞬時速度大小的比值為k,則每次碰撞損失的動能為碰撞前動能的

倍(用k表示),第3次碰撞過程中k=

(保留2位有效數(shù)字)。

(3)由于存在空氣阻力,第(1)問中計算的彈起高度

(選填“高于”或“低于”)實際彈起高度。

答案

(1)0.20

(2)1-k2

0.95

(3)高于

2.某實驗小組用圖甲實驗裝置驗證鉤碼與滑塊組成的系統(tǒng)機械能守恒,主要步驟如下:①鉤碼的質量為m,用天平測量滑塊和遮光條的總質量為m0,用游標卡尺測量遮光條的寬度d,用刻度尺測量兩光電門之間的距離s;②調節(jié)旋鈕使氣墊導軌水平,同時調節(jié)輕滑輪使細線水平;③釋放滑塊,用計時器分別測出遮光條經過光電門A和光電門B所用的時間ΔtA和ΔtB。請回答下列問題:(1)測遮光條的寬度d時,游標卡尺的示數(shù)如圖乙所示,則d=

cm。

(2)若系統(tǒng)機械能守恒,則mgs=

(用m0、m、d、ΔtA和ΔtB表示)。

3.(2022四川涼山州期末)某研究性學習小組用圖甲裝置測定當?shù)刂亓铀俣?其主要操作步驟如下:甲乙丙①將電磁鐵(小鐵球)、光電門調節(jié)在同一豎直線上;②切斷電磁鐵電源,小鐵球由靜止下落,數(shù)字計時器記錄小鐵球通過光電門的時間t,并用刻度尺測量出小鐵球下落前和光電門間的距離h;③改變光電門的位置,重復②的操作,測出多組h和t;④計算出小鐵球每次通過光電門的速度v,作出v2-h圖像。請結合以上操作,回答以下問題:(1)用游標卡尺測小球的直徑,如圖乙所示,則d=

mm。

(2)根據數(shù)據作出v2-h圖像如圖丙所示,求出當?shù)刂亓铀俣萭=

m/s2。

(3)該實驗裝置

(選填“能”或“不能”)驗證機械能守恒定律。

答案

(1)10.0

(2)9.7

(3)能解析

(1)由題圖乙所示游標卡尺可知,游標卡尺的精度為0.1

mm,其讀數(shù)是d=10

mm+0×0.1

mm=10.0

mm。(2)小鐵球做自由落體運動,由勻變速直線運動的速度—位移公式得v2=2gh,v2-h圖像的斜率k=2g=

m/s2,解得重力加速度g=9.7

m/s2。(3)實驗中可以測出小球下落的高度以及小球對應的速度,則可以求出減少的重力勢能和增加的動能,從而驗證機械能是否守恒。4.(2022遼寧期末)某實驗小組設計實驗驗證機械能守恒定律,實驗裝置如圖所示。在鐵架臺鐵夾上固定好一個力傳感器,一根細線上端連接在力傳感器上,下端系在小球上。把小球拉離平衡位置一個角度,由靜止釋放小球在豎直面內運動,力傳感器可記錄小球在擺動過程中細線拉力大小,記下力傳感器的最大示數(shù)F。(1)關于該實驗,下列說法正確的有

。

A.可以直接用彈簧測力計代替力傳感器進行實驗B.細線要選擇伸縮性小的C.小球盡量選擇體積小質量大的(2)為完成實驗,需要測量小球自由靜止時力傳感器的示數(shù)F0,還需要測量的物理量有

。

A.釋放小球時的位置與自由靜止位置的高度差hB.小球下擺至最低位置時的時間C.擺長l(可忽略小球大小)D.小球的質量m(3)需要驗證機械能守恒的表達式為

(用已知量和測量符號表示)。

(4)實驗中小球滿足(1)要求,仍存在系統(tǒng)誤差,誤差主要來源是

。解析

(1)不能用彈簧測力計代替力傳感器進行實驗,因為彈簧測力計隨著彈力大小彈簧長度會變化,同時其讀數(shù)也不便于讀出,故A錯