高考物理一輪復(fù)習(xí)必修第二冊(cè)第五章機(jī)械能第5講實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課件

第5講實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

把握經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方案

一、基本原理與操作原理裝置圖操作要領(lǐng)(1)安裝：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝；紙帶沿豎直方向拉直。(2)重物：選密度大、質(zhì)量大的金屬塊，且靠近計(jì)時(shí)器處釋放。(3)打紙帶：讓重物自由下落，紙帶上打下一系列小點(diǎn)。續(xù)表三、誤差分析誤差產(chǎn)生原因減小誤差的方法偶然誤差測(cè)量長(zhǎng)度帶來(lái)的誤差(1)測(cè)量距離時(shí)應(yīng)從計(jì)數(shù)點(diǎn)0量起，且選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)離0點(diǎn)遠(yuǎn)些(2)多次測(cè)量取平均值系統(tǒng)誤差重物和紙帶下落過(guò)程中存在阻力(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝穩(wěn)固，并使兩限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力；(2)選用質(zhì)量大、體積小的物體作重物，以減小空氣阻力的影響四、注意事項(xiàng)1．應(yīng)盡可能控制實(shí)驗(yàn)條件，即應(yīng)滿足機(jī)械能守恒的條件，這就要求盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：(1)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小摩擦阻力。(2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。2．實(shí)驗(yàn)中，提紙帶的手要保持不動(dòng)，且保證紙帶豎直，接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再松開(kāi)紙帶。一、基礎(chǔ)考法保住分考查點(diǎn)(一)實(shí)驗(yàn)原理與操作1．利用如圖甲所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)。(1)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)間的________。A．動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量B．速度變化量與勢(shì)能變化量C．速度變化量與高度變化量(2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開(kāi)關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是________。A．交流電源B．刻度尺C．天平(含砝碼)(3)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到如圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能變化量ΔEp＝________，動(dòng)能變化量ΔEk＝______________?？疾辄c(diǎn)(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析2．(2023·廣州調(diào)研)如圖甲所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置?，F(xiàn)有器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾的重物、天平。(1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的器材有________。A．刻度尺 B．0～8V直流電源C．秒表

D．0～8V交流電源(2)某同學(xué)用圖甲所示裝置打出的一條紙帶如圖乙所示，相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.02s，根據(jù)紙帶計(jì)算出打下D點(diǎn)時(shí)重物的速度大小為_(kāi)_______m/s。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案：(1)AD

(2)1.75

(3)重物的初速度為零2mm

(4)當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊?倍(3)利用計(jì)算法驗(yàn)證機(jī)械能守恒：計(jì)算法需要知道當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋ㄟ^(guò)計(jì)算重力勢(shì)能的減少量與動(dòng)能的增加量是否相等驗(yàn)證機(jī)械能守恒。(4)因紙帶與限位孔間的摩擦阻力及空氣阻力做負(fù)功，重物的機(jī)械能不守恒，結(jié)果出現(xiàn)ΔEp>ΔEk，所以本實(shí)驗(yàn)中g(shù)值不可取10m/s2，如果不特殊說(shuō)明，都按g＝9.8m/s2進(jìn)行計(jì)算。(5)計(jì)算ΔEp和ΔEk數(shù)值時(shí)要注意題中有效數(shù)字位數(shù)的要求。

二、創(chuàng)新考法不失分創(chuàng)新角度(一)實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新1.

某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，頻閃

儀每隔0.05s閃光一次，如圖所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過(guò)計(jì)算

得到不同時(shí)刻的速度如下表。(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?.8m/s2，小球質(zhì)量

為m＝0.2kg，結(jié)果保留3位有效數(shù)字)時(shí)刻t2T3t4t5速度/(m·s－1)4.994.483.98

(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5＝________m/s。(2)從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增加量ΔEp＝________J，動(dòng)能減少量ΔEk＝________J。(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算得ΔEp________ΔEk(填“＞”“＜”或“＝”)，造成這種結(jié)果的主要原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________。[創(chuàng)新點(diǎn)分析](1)小球在重力作用下做豎直上拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒。(2)利用頻閃照片獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

答案：(1)3.48

(2)1.24

1.28

(3)＜存在空氣阻力創(chuàng)新角度(二)實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新2．(2022·湖北高考)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用拉力傳感器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)。一根輕繩一端連接固定的拉力傳感器，另一端連接小鋼球，如圖甲所示。拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放，使小鋼球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)，記錄鋼球擺動(dòng)過(guò)程中拉力傳感器示數(shù)的最大值Tmax和最小值Tmin。改變小鋼球的初始釋放位置，重復(fù)上述過(guò)程。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中繪制的Tmax-Tmin圖像是一條直線，如圖乙所示。(1)若小鋼球擺動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒。則圖乙中直線斜率的理論值為_(kāi)_______。(2)由圖乙得：直線的斜率為_(kāi)_______，小鋼球的重力為_(kāi)_______N。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(3)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要來(lái)源是________(單選，填正確答案標(biāo)號(hào))。A．小鋼球擺動(dòng)角度偏大B．小鋼球初始釋放位置不同C．小鋼球擺動(dòng)過(guò)程中有空氣阻力[創(chuàng)新點(diǎn)分析](1)利用小球擺動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(2)利用拉力傳感器測(cè)量懸線拉力。(3)利用牛頓第二定律和圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)進(jìn)行計(jì)算。

答案：(1)－2

(2)－2.1

0.59

(3)C創(chuàng)新角度(三)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新3．(2022·廣東高考)某實(shí)驗(yàn)小組為測(cè)量小球從某一高度釋放，與某種橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的裝置，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：(1)讓小球從某一高度由靜止釋放，與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈。調(diào)節(jié)光電門位置，使小球從光電門正上方釋放后，在下落和反彈過(guò)程中均可通過(guò)光電門。(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)量小球的直徑，示數(shù)如圖乙所示，小球直徑d＝__________mm。(3)測(cè)量時(shí)，應(yīng)__________(選填“A”或“B”，其中A為“先釋放小球，后接通數(shù)字計(jì)時(shí)器”，B為“先接通數(shù)字計(jì)時(shí)器，后釋放小球”)。記錄小球第一次和第二次通過(guò)光電門的遮光時(shí)間t1和t2。(4)計(jì)算小球通過(guò)光電門的速度，已知小球的質(zhì)量為m，可得小球與橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失ΔE＝__________(用字母m、d、t1和t2表示)。(5)若適當(dāng)調(diào)高光電門的高度，將會(huì)__________(選填“增大”或“減小”)因空氣阻力引起的測(cè)量誤差。[創(chuàng)新點(diǎn)分析]利用驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)量小球碰撞橡膠材料的機(jī)械能損失。

4．某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，其中A是四分之一圓弧軌道，O點(diǎn)為圓心，半徑為L(zhǎng)，圓弧的最低點(diǎn)A與水平面之間的高度為H。實(shí)驗(yàn)時(shí)將一可看作質(zhì)點(diǎn)的小球從圓弧上某點(diǎn)由靜止釋放，量出此時(shí)小球與圓心連線偏離豎直方向的角度θ。當(dāng)小球滑到圓弧最低點(diǎn)A時(shí)將水平拋出，用刻度尺測(cè)出小球平拋的水平距離s。忽略所有摩擦，試分析下列問(wèn)題：創(chuàng)新角度(四)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的創(chuàng)新(1)小球在A點(diǎn)時(shí)的水平速度為v＝________(用題給字母表示)。(2)保持其他條件不變，只改變?chǔ)冉?，得到不同的s值，以s2為縱坐標(biāo)，以cosθ為橫坐標(biāo)作圖，如圖乙中的圖線a所示。另一同學(xué)重復(fù)此實(shí)驗(yàn)，得到的s2-cosθ圖線