新教科版第5章實驗探究課7驗證機械能守恒定律課件（27張）

實驗探究課7驗證機械能守恒定律第五章內(nèi)容索引0102強基礎(chǔ)固本增分研考點精準(zhǔn)突破強基礎(chǔ)固本增分易錯辨析·判一判(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(nèi)以減少摩擦阻力。(

√

)(2)在驗證機械能守恒定律的實驗中,應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小的重物。(

√

)(3)在驗證機械能守恒定律的實驗中,應(yīng)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。(

√

)(4)在驗證機械能守恒定律的實驗中,某時刻的瞬時速度的計算應(yīng)用研考點精準(zhǔn)突破考點一教材原型實驗典例1.某實驗小組利用圖甲裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗,圖乙是他們選擇的一條較理想的紙帶,O點是打點計時器打出的第一個點,計數(shù)點A、B、C、D、E、F是紙帶上相鄰的點。他們測出了各點與O點的距離h后做出了必要的計算,測量和計算的記錄見下表(計數(shù)點的速度用v表示)。計數(shù)點ABCDEFh/cm6.939.4712.415.7119.4123.49v/(m·s-1)1.161.371.561.751.952.14v2/(m2·s-2)1.351.882.433.064.054.58(1)測量某點與O點距離h的記錄中不合理的一組是

(填寫計數(shù)點名稱)。

(2)計數(shù)點D、E、F與O點之間的距離分別用hD、hE、hF表示,打點計時器的打點周期用T表示,則打下計數(shù)點E時紙帶的速度vE=

(用符號表示),重物運動的加速度a=

(用符號表示)。

(3)該小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立圖丙所示坐標(biāo)系,標(biāo)出了各組測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點,并在坐標(biāo)系中畫出v2-h圖線。由圖線可以判斷計數(shù)點

的測量誤差較大(填寫計數(shù)點名稱),據(jù)圖線得到重力加速度g測=

m/s2(保留三位有效數(shù)字)。

(4)下列判斷正確的是

(選填字母)。

A.在誤差允許的范圍內(nèi),該實驗小組達(dá)到了實驗?zāi)康腂.該地的重力加速度比g測偏大C.他們實驗操作過程中是先釋放紙帶然后閉合打點計時器開關(guān)D.實驗過程中阻力引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差丙答案

(1)C(3)E

9.70~9.78(4)ABD解析

(1)用毫米刻度尺測量物體長度或下落高度時應(yīng)該估讀到毫米的下一位,即以厘米為單位時應(yīng)讀到小數(shù)點后兩位,故C點對應(yīng)的與O點距離h的記錄是不合理的,應(yīng)為12.40

cm。(3)E點明顯不在圖線上,故可判斷E點數(shù)據(jù)的測量誤差較大;根據(jù)勻變速直線運動的公式v2=2gh可知v2-h圖像的斜率為2g,由圖像可得重力加速度,結(jié)果在9.70~9.78

m/s2范圍內(nèi)都對。(4)本實驗只要驗證重物下落的加速度在誤差允許的范圍內(nèi)等于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣燃纯烧f明重物下落過程滿足機械能守恒定律,故該實驗小組達(dá)到了實驗?zāi)康?選項A正確;由于空氣阻力和摩擦力的存在,測得的重力加速度必定小于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?選項B正確;實驗操作過程中應(yīng)先閉合打點計時器開關(guān)再釋放紙帶,選項C錯誤;實驗過程中阻力引起的誤差不可避免,只能盡量減小,并且這樣的誤差是由于實驗設(shè)計方案引起的,屬于系統(tǒng)誤差,選項D正確。對點演練1.(2023浙江紹興模擬)利用如圖甲所示的裝置做驗證機械能守恒定律的實驗。(1)除鐵架臺(含鐵夾)、帶夾子的重物、天平(含砝碼)、電磁打點計時器、紙帶、刻度尺、導(dǎo)線及開關(guān)外,在下列器材中,還需要使用的器材是

(選填字母)。

A.秒表

B.橡皮筋C.交流電源

D.彈簧測力計甲(2)圖乙是一條紙帶的一部分,已知交流電源頻率為50Hz,重物的質(zhì)量為300g,根據(jù)紙帶可得打下P點時重物的動能為

J(保留三位有效數(shù)字)。

(3)圖丙中的橫軸代表測量點到起點的高度差,縱軸代表重物的動能或重力做功,傾斜直線表示的是重力做功隨高度差變化的圖線,那么符合實際的動能隨高度差變化的直線應(yīng)該在

(選填“Ⅰ”或“Ⅱ”)區(qū)域中。

丙答案

(1)C

(2)0.338

(3)Ⅱ解析

(1)打點計時器需要使用交流電源并且具有計時功能,所以不需要秒表,A錯誤,C正確;驗證機械能守恒定律得,mgh=mv2,質(zhì)量可以約去,所以不需要彈簧測力計,也不需要橡皮筋,B、D錯誤。(3)當(dāng)沒有空氣阻力以及摩擦力時,機械能守恒,圖線為圖丙中直線,但是實驗時因為空氣阻力以及摩擦力做負(fù)功,導(dǎo)致下落相同高度時,動能增加量小于重力做的功,所以符合實際的動能隨高度差變化的直線應(yīng)該在Ⅱ區(qū)域中。考點二實驗的改進與創(chuàng)新常見的創(chuàng)新角度1.實驗原理的創(chuàng)新:由“落體法”驗證自由落體運動中機械能守恒,創(chuàng)新為拋體運動或單擺運動中機械能守恒。2.測量速度的改進:由用紙帶測量,創(chuàng)新為用頻閃照片或光電門、傳感器等測量。3.研究對象的改變:由驗證單個物體機械能守恒變?yōu)轵炞C系統(tǒng)機械能守恒。典例2.(2022廣東模擬預(yù)測)阿特伍德機是用于測量加速度及驗證運動定律的裝置?，F(xiàn)對該裝置加以改進,利用改進后的裝置(如圖所示)驗證機械能守恒定律。輕繩兩端系著質(zhì)量均為m0的物塊A(含擋光片)、物塊B(含掛鉤),物塊B上放一質(zhì)量為m的金屬片C,鐵架臺上固定一金屬圓環(huán),圓環(huán)處在物塊B的正下方,金屬片C不能穿過圓環(huán)而物塊B可以穿過,金屬片C到圓環(huán)的高度為h,固定在物塊A上的擋光片到光電門的豎直距離也為h,擋光片的寬度為d。(1)為了完成實驗還需要記錄或測量的物理量是

。

A.物塊B運動到圓環(huán)處的時間tB.擋光片到圓環(huán)的豎直距離lC.剛剛釋放時物塊A、B之間的距離ΔhD.擋光片穿過光電門的時間Δt(2)為了減小實驗誤差進行多次實驗,改變物塊B的初始位置,使物塊B從不同的高度由靜止下落穿過圓環(huán),記錄每次金屬片C與圓環(huán)間的高度h以及擋光片穿過光電門的時間Δt,通過描點作圖,為了得到一條過原點的直線,則應(yīng)該繪制的圖像是

(選填“h-Δt”“h-),則該直線的斜率k=

(用字母m、g、m0、d表示)。

答案

(1)D解析

(1)要驗證機械能守恒定律,金屬片C到圓環(huán)的高度為h是已知條件,所以不需要測物塊B運動到圓環(huán)處的時間t、擋光片到圓環(huán)的豎直距離l、物塊A、B之間的距離Δh,A、B、C錯誤;要得出物塊運動至光電門的速度,就必須測出擋光片穿過光電門的時間Δt,D正確。對點演練2.(2023山東濰坊模擬)用圖甲數(shù)字化機械能守恒實驗器驗證機械能守恒定律。N為內(nèi)置了光電門的擺錘,通過白色輕質(zhì)桿懸掛于轉(zhuǎn)軸M處,儀器上嵌有10個相同的白色圓柱體。當(dāng)擺錘通過某個白色圓柱體時,光電門能測出通過該圓柱體所用的時間(即圓柱體遮光的時間),將輕桿拉至水平,由靜止開始釋放擺錘,記錄擺錘通過①~⑩圓柱體所用的時間t,分別為t1、t2……t10,用左側(cè)刻度尺測出①~⑩圓柱體與擺錘釋放點間的高度差h分別為h1、h2……h(huán)10。重力加速度為g。(1)關(guān)于該實驗,下列說法正確的是

(選填字母)。

A.實驗中還需要測出擺錘的質(zhì)量mB.實驗時應(yīng)使左側(cè)刻度尺處于豎直位置C.白色圓柱體應(yīng)沿圓弧等距均勻分布D.若未從靜止釋放擺錘將不能驗證機械能守恒定律(2)用游標(biāo)卡尺測量圓柱體的直徑d如圖乙,讀數(shù)為

cm。

(3)若有關(guān)系式

(用題中所給字母表示)成立,則可驗證擺錘從②運動到⑧的過程機械能守恒。

(4)實驗中發(fā)現(xiàn)擺錘重力勢能的減少量ΔEp略大于擺錘動能的增加量ΔEk,則可能的原因是

。

答案

(1)B(2)0.620解析

(1)根據(jù)機械能守恒定律,重力勢能的減少量與動能增加量中均含有m,所以可以約掉,此實驗不測質(zhì)量一樣可以得出結(jié)論,A錯誤;實驗時應(yīng)使左側(cè)刻度尺處于豎直位置,這樣便于