高考物理大一輪復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)6探究動能定理教學(xué)案160139

1、高考物理大一輪復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)6研究動能定理教教學(xué)設(shè)計(jì)160139實(shí)驗(yàn)六考證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)?zāi)康目甲C機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)原理在只有重力做功的自由落體運(yùn)動中，物體的重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)變，但總的機(jī)械能保持不變。若物體某時辰剎時速度為v，下1落高度為h，則其重力勢能的減少量為mgh，動能的增加量為2mv2，看它們在實(shí)驗(yàn)誤差贊同的范圍內(nèi)能否相等，若相等則考證了機(jī)械能守恒定律。速度的測量：做勻變速運(yùn)動的紙帶上某點(diǎn)的剎時速度等于相鄰兩點(diǎn)間的均勻速度vtv2t。計(jì)算打第n個點(diǎn)剎時速度的方法是：測出第n個點(diǎn)的相鄰前后兩段相等時間T內(nèi)下落的距離xn和xn1，由公式vnxnxn1或vnhn1h

2、n1算出，以以下圖。2T2T實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(含鐵夾)、打點(diǎn)計(jì)時器、學(xué)生電源、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、重物(帶紙帶夾)。1/19高考物理大一輪復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)6研究動能定理教教學(xué)設(shè)計(jì)160139實(shí)驗(yàn)步驟儀器安裝將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時器按以以下圖裝置豎直固定在鐵架臺上，接好電路。打紙帶將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在湊近打點(diǎn)計(jì)時器的地方。先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。改換紙帶，重復(fù)做3次實(shí)驗(yàn)。選紙帶分兩種情況說明：1假如依照2mv2mgh考證時，應(yīng)選點(diǎn)跡清楚，打點(diǎn)成一條直線，且1、2兩點(diǎn)間距離小于或湊

3、近2mm的紙帶。若1、2兩點(diǎn)間的距離大于2mm，這是由于先釋放紙帶，后接通電源造成的。這樣，第1個點(diǎn)就不是運(yùn)動的初步點(diǎn)了，這樣的紙帶不可以選。11假如依照2mv2B2mv2Amgh考證時，由于重物重力勢能的變化是絕對的，辦理紙帶上的數(shù)據(jù)時，選擇合適的點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣2/19高考物理大一輪復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)6研究動能定理教教學(xué)設(shè)計(jì)160139紙帶上打出的第1、2兩點(diǎn)間的距離能否為2mm就沒關(guān)緊急了，因此只需后邊的點(diǎn)跡清楚即可采用。數(shù)據(jù)辦理求剎時速度hn1hn1由公式vnT可以計(jì)算出重物下落h1、h2、h3的高2度時對應(yīng)的剎時速度v1、v2、v3考證守恒1方法一：利用初步點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)

4、算。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入ghn和2v2n，1假如在實(shí)驗(yàn)誤差贊同的范圍內(nèi)，ghn2v2n，則考證了機(jī)械能守恒定律。11方法二：任取兩點(diǎn)A、B測出hAB，算出ghAB和2v2B2v2A的值，11假如在實(shí)驗(yàn)誤差贊同的范圍內(nèi)，ghAB2v2B2v2A，則考證了機(jī)械能守恒定律。方法三：圖象法。從紙帶上采用多個點(diǎn)，測量從第一點(diǎn)到其余各1點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，此后以2v2為縱軸，以1為橫軸，依照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出2v2-h圖線。若在誤差贊同的范圍內(nèi)圖線是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則考證了機(jī)械能守恒定律。誤差分析3/19高考物理大一輪復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)6研究動能定理教教學(xué)設(shè)計(jì)16013

5、9系統(tǒng)誤差本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過程中要戰(zhàn)勝各樣阻力(空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時器阻力)做功，故重物動能的增加量Ek稍小于其重力勢能的減少量Ep，即Ek”“Ek，原因是存在空氣阻力和摩擦阻力。答案(1)3.20(2)2.782.94(3)存在空氣阻力和摩擦阻力如圖甲所示是用“落體法”考證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置。(g取9.80m/s2)甲選出一條清楚的紙帶如圖乙所示，其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時器打下的第一個點(diǎn)，A、B、C為三個計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時器通以頻次為50Hz的交變電流。用分度值為1mm的刻度尺測得OA12.41cm，OB18.90cm，OC27.06cm，在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B、B和C之間還各有一個點(diǎn)，重錘的

6、質(zhì)量為1.00kg。甲同學(xué)依照以上數(shù)據(jù)算出：當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時器打到B點(diǎn)時重錘的重力勢能比開始下落時減少了_J；此時重錘的速度vB_m/s，此時重錘的動能比開始下落時增加了_J。(結(jié)果均保存三位有效數(shù)字)11/19高考物理大一輪復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)6研究動能定理教教學(xué)設(shè)計(jì)160139乙丙某同學(xué)利用他自己實(shí)驗(yàn)時打出的紙帶，測量出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時器打下的第一個點(diǎn)的距離h，算出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的速度v，1此后以h為橫軸、以2v2為縱軸作出了如圖丙所示的圖線，圖線的斜率近似等于_。A19.6B9.8C4.90圖線未過原點(diǎn)O的原因是_。分析(1)當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時器打到B點(diǎn)時，重錘的重力勢能減小量Epmg

7、OB1.009.8018.9021.85J；打B點(diǎn)10JOCOA27.0612.41102時重錘的速度vB4T40.0211m/s1.831m/s，此時重錘的動能增加量Ek2mvB221.001.8312J1.68J。11由機(jī)械能守恒定律有2mv2mgh，可得2v2gh，由此可知圖線的斜率近似等于重力加快度g，故B正確。由圖線可知，h0時，重錘的速度不等于零，原因是該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時先釋放了紙帶，然12/19高考物理大一輪復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)6研究動能定理教教學(xué)設(shè)計(jì)160139后才合上打點(diǎn)計(jì)時器的開關(guān)。答案(1)1.851.831.68(2)B先釋放了紙帶，后合上打點(diǎn)計(jì)時器的開關(guān)實(shí)驗(yàn)拓

8、展與創(chuàng)新在高考取常常以課本實(shí)驗(yàn)為背景，經(jīng)過改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置題目，不走開教材而又不拘泥教材，表現(xiàn)開放性、研究性、創(chuàng)新性等特點(diǎn)，如以下拓展創(chuàng)新角度：實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新利用鋼球搖動來考證機(jī)械能守恒定律。利用光電門測定擺球的剎時速度。1小球在重力作用下做豎直上拋運(yùn)動。利用頻閃照片獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新利用系統(tǒng)機(jī)械能守恒代替單個物體的機(jī)械能守恒。利用光電門測定滑塊的剎時速度。實(shí)驗(yàn)過程的創(chuàng)新13/19高考物理大一輪復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)6研究動能定理教教學(xué)設(shè)計(jì)160139用光電門測定小球下落到B點(diǎn)的速度。1聯(lián)合t2-H圖象判斷小球下落過程中機(jī)械能守恒。分析實(shí)驗(yàn)誤差EpEk隨H變化的規(guī)

9、律。題組訓(xùn)練如圖甲是考證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置。小圓柱由一根不可伸長的輕繩拴住，輕繩另一端固定。將輕繩拉至水平后由靜止釋放。在最低點(diǎn)周邊擱置一組光電門，測出小圓柱運(yùn)動到最低點(diǎn)的擋光時間t，再用游標(biāo)卡尺測出小圓柱的直徑d，如圖乙所示，重力加快度為g。則：甲乙小圓柱的直徑d_cm。測出懸點(diǎn)到小圓柱重心的距離l，若等式gl_建立，說明小圓柱下擺過程機(jī)械能守恒。若在懸點(diǎn)O安裝一個拉力傳感器，測出輕繩上的拉力F，則要考證小圓柱在最低點(diǎn)的向心力公式還需要測量的物理量是_(用文字和字母表示)，若等式F_成v2立，則可考證向心力公式FnmR。分析(1)小圓柱的直徑d10mm20.1mm10.2mm1.02c

10、m。14/19高考物理大一輪復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)6研究動能定理教教學(xué)設(shè)計(jì)160139(2)依照機(jī)械能守恒定律得1，因此只需考證1mglmv2glv2221d22t，就說明小圓柱下擺過程中機(jī)械能守恒。v2(3)小圓柱在最低點(diǎn)時，由牛頓第二定律得Fmgml，若等d2式Fmgmlt2建立，則可考證向心力公式，可知需要測量小圓柱的質(zhì)量m。1d2d2答案(1)1.02(2)2t(3)小圓柱的質(zhì)量mmgmlt22.某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片考證機(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)質(zhì)距離，該同學(xué)經(jīng)過計(jì)算獲取不一樣樣時辰的速度以下表。(當(dāng)?shù)刂亓涌於热?.8m/s2

11、，小球質(zhì)量m0.2kg，結(jié)果保存三位有效數(shù)字)時辰t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時刻小球的速度v5_m/s。(2)從t2到t5時間內(nèi)，重力勢能增加量Ep_J，動能減15/19高考物理大一輪復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)6研究動能定理教教學(xué)設(shè)計(jì)160139少量Ek_J。在誤差贊同的范圍內(nèi)，若Ep與Ek近似相等，即可考證機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算得Ep_Ek(選填“”“”或“”)，造成這種結(jié)果的主要原因是_。分析(1)v516.1418.66102m/s3.48m/s。20.05(2)重力勢能的增加量Epmgh，代入數(shù)據(jù)可得Ep1.2411J，動

12、能減少量為Ek2mv222mv52，代入數(shù)據(jù)可得Ek1.28J。由計(jì)算可得EpEk，主假如由于存在空氣阻力。答案(1)3.48(2)1.241.28(3)存在空氣阻力如圖甲所示，一位同學(xué)利用光電計(jì)時器等器材做“考證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)。有向來徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球從A處由靜止釋放，下落過程中能經(jīng)過A處正下方、固定于B處的光電門，測得A、B間的距離為H(H?d)，光電計(jì)時器記錄下小球經(jīng)過光電門的時間為t，當(dāng)?shù)氐闹亓涌於葹間。則：甲乙丙如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測得小球的直徑d_cm。1(2)多次改變高度H，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，作出t2隨H的變化圖象如16/19高考物理大一輪復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能及其守恒

13、定律實(shí)驗(yàn)6研究動能定理教教學(xué)設(shè)計(jì)160139圖丙所示，當(dāng)圖中已知量t0、H0和重力加快度g及小球的直徑d滿足以下表達(dá)式：_時，可判斷小球下落過程中機(jī)械能守恒。(3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)動能增加量Ek老是稍小于重力勢能減少量Ep，增加下落高度后，則EpEk將_(選填“增大”“減小”或“不變”)。分析(1)由題圖乙可知，主尺刻度為7mm；游標(biāo)尺上對齊的刻度為5。故讀數(shù)為：(750.05)mm7.25mm0.725cm。若減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認(rèn)為機(jī)械能守恒，1則有：mgH2mv2，即：d212g2gH0t0，解得：t02d2H0。由于該過程中有阻力做功，且高度越高，阻力做功越多，故增加下落高度

14、后，EpEk將增大。12g答案(1)0.725(2)t02d2H0(3)增大利用氣墊導(dǎo)軌考證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置以以下圖。實(shí)驗(yàn)步驟。將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平。17/19高考物理大一輪復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)6研究動能定理教教學(xué)設(shè)計(jì)160139用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度l9.30mm。由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離x_cm。將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已經(jīng)過光電門2。從數(shù)字計(jì)時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條經(jīng)過光電門1和光電門2所用的時間t1和t2。用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量m0，再稱出托

15、盤和砝碼的總質(zhì)量m。用表示直接測量物理量的字母寫出以下所求物理量的表達(dá)式：滑塊經(jīng)過光電門1和光電門2時剎時速度分別為v1_和v2_。當(dāng)滑塊經(jīng)過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1_和Ek2_。在滑塊從光電門1運(yùn)動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少Ep_(重力加快度為g)。假如Ep_，則可認(rèn)為考證了機(jī)械能守恒定律。分析(1)由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離x80.30cm20.30cm60.00cm。由于擋光條寬度很小，因此將擋光條經(jīng)過光電門時的均勻速度看作剎時速度，擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測量，擋光時間t18/19高考物理大一輪復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)6研究動能定理教教學(xué)設(shè)計(jì)160139l可從數(shù)字計(jì)時器讀出，因此，滑塊經(jīng)過光電門的剎時速度為t，則通ll過光電門1時剎時速度為t1，經(jīng)過光電門2時剎時速度為t2。由于質(zhì)量早先已用天平測