2025年高考物理一輪總復習課件 第6章 實驗7 驗證機械能守恒定律

第六章機械能實驗七驗證機械能守恒定律實驗知識·自主回顧核心考點·重點突破提能訓練練案[31]實驗知識·自主回顧一、實驗目的驗證機械能守恒定律。二、實驗原理通過實驗，求出做___________運動物體的___________的減少量和相應過程_______的增加量，若二者相等，說明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律。自由落體重力勢能動能三、實驗器材鐵架臺(含鐵夾)、打點計時器、學生電源、紙帶、復寫紙、導線、毫米刻度尺、重物(帶夾子)。四、實驗步驟1．安裝置(1)按原理圖所示將打點計時器_______固定在鐵架臺上，接好電路。(2)將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過打點計時器的限位孔。2．打紙帶：用手提著紙帶使重物靜止在靠近_____________的位置，先接通電源，后松開紙帶，讓重物下落。更換紙帶重復做3～5次實驗。豎直打點計時器2五、數(shù)據(jù)處理及驗證方案1．求瞬時速度由公式vn＝____________可以計算出重物下落h1、h2、h3、…的高度時對應的瞬時速度v1、v2、v3、…。六、注意事項1．打點計時器要_______：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．重物密度要_____：重物應選用質(zhì)量_____、體積_____、密度_____的材料。3．一先一后：應先___________，讓打點計時器正常工作，后___________，讓重物下落。豎直大大小大接通電源松開紙帶七、誤差分析1．系統(tǒng)誤差本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故ΔEk<ΔEp，改進的方法是調(diào)整器材的安裝，盡可能減小阻力。2．偶然誤差誤差來源于長度的測量，減小誤差的方法是測下落距離時都從O點測量，一次將各點對應的下落高度測量完，或者多次測量取平均值。核心考點·重點突破1教材原型實驗(基礎考點·自主探究)【跟蹤訓練】(實驗原理、實驗操作和數(shù)據(jù)處理)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，實驗裝置如圖甲所示。(1)做“驗證機械能守恒定律”的實驗步驟有：A．把打點計時器固定在鐵架臺上，并用導線將打點計時器接在低壓交流電源上B．將連有重物的紙帶穿過限位孔，用手提著紙帶，讓手盡量靠近打點計時器C．松開紙帶，接通電源D．更換紙帶，重復幾次，選用點跡清晰且第1、2兩點間距為2mm的紙帶E．用天平稱出物體的質(zhì)量BCE(2)下列物理量中，需要通過計算得到的有_____。A．重錘的質(zhì)量B．重錘下落的時間C．重錘下落的高度D．與重錘下落高度對應的重錘的瞬時速度D(3)某同學做“驗證機械能守恒定律”實驗，不慎將一條選擇好的紙帶的前面一部分破壞了，剩下了一段紙帶上的各個點間的距離，他測出的結果如圖乙所示，已知打點計時器工作頻率為50Hz。①打點計時器打下計數(shù)點2、5兩點時，重錘下落的速度v2＝___________m/s，v5＝___________m/s(保留三位有效數(shù)字)；②重錘通過2、5兩點的過程中，設重錘的質(zhì)量為m，重錘重力勢能減少量ΔEp＝___________J，重錘動能增加量ΔEk＝__________J(保留三位有效數(shù)字，重力加速度g取9.8m/s2)。1.502.081.06m1.04m[解析]

(1)將連有重物的紙帶穿過限位孔，用手提著紙帶，應該讓手盡量遠離打點計時器，讓重物盡量靠近打點計時器。實驗時，應該先接通電源，后松開紙帶，所以上述實驗步驟中錯誤的是B和C。(2)重錘質(zhì)量不需要測量更不需要計算；因為打點計時器是計時的儀器，可以直接得到重錘下落的時間；重錘下落的高度可以直接用刻度尺測量，不需要計算。而與重錘下落高度對應的重錘的瞬時速度需要通過相鄰兩點間的平均速度來計算。故選D項。(誤差分析)(2021·浙江6月選考·17(1))在“驗證機械能守恒定律”實驗中，小王用如圖甲所示的裝置，讓重物從靜止開始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖乙所示。O點是打下的第一個點，A、B、C和D為另外4個連續(xù)打下的點。(1)為了減小實驗誤差，對體積和形狀相同的重物，實驗時選擇密度大的理由是_______________________________________。(2)已知交流電頻率為50Hz，重物質(zhì)量為200g，當?shù)刂亓铀俣萭＝9.80m/s2，則從O點到C點，重物的重力勢能變化量的絕對值|ΔEp|＝___________J、C點的動能EkC＝___________J(計算結果均保留3位有效數(shù)字)。比較EkC與|ΔEp|的大小，出現(xiàn)這一結果的原因可能是_____。A．工作電壓偏高B．存在空氣阻力和摩擦力C．接通電源前釋放了紙帶阻力與重力之比更小(或其他合理解釋)0.5470.588C[解析]

(1)在“驗證機械能守恒定律”實驗中，阻力越小越好，體積和形狀相同的重物，密度大的阻力與重力之比更小。(2)由題圖乙可知OC之間的距離為xOC＝27.90cm，因此重力勢能的減少量為|ΔEp|＝mgxOC＝0.2×9.8×0.2790J≈0.547J勻變速直線運動中，中間時刻的速度等于這段時間的平均速度，因此因此動能的增加量為工作電壓偏高不會影響實驗的誤差，存在摩擦力會使重力勢能的減少量大于動能的增加量，只有提前釋放了紙帶，紙帶的初速度不為零，下落到同一位置的速度偏大才會導致動能的增加量大于重力勢能的減少量。(研究物體沿斜面下滑時機械能守恒)(2021·海南卷，15)為了驗證物體沿光滑斜面下滑的過程中機械能守恒，某學習小組用如圖所示的氣墊導軌裝置(包括導軌、氣源、光電門、滑塊、遮光條、數(shù)字毫秒計)進行實驗。此外可使用的實驗器材還有：天平、游標卡尺、刻度尺。(1)某同學設計了如下的實驗步驟，其中不必要的步驟是______。①在導軌上選擇兩個適當?shù)奈恢肁、B安裝光電門Ⅰ、Ⅱ，并連接數(shù)字毫秒計；②用天平測量滑塊和遮光條的總質(zhì)量m；③用游標卡尺測量遮光條的寬度d；④通過導軌上的標尺測出A、B之間的距離l；⑤調(diào)整好氣墊導軌的傾斜狀態(tài)；②④⑥將滑塊從光電門Ⅰ左側某處，由靜止開始釋放，從數(shù)字毫秒計讀出滑塊通過光電門Ⅰ、Ⅱ的時間Δt1、Δt2；⑦用刻度尺分別測量A、B點到水平桌面的高度h1、h2；⑧改變氣墊導軌傾斜程度，重復步驟⑤⑥⑦，完成多次測量。(2)用游標卡尺測量遮光條的寬度d時，游標卡尺的示數(shù)如圖所示，則d＝_________mm；某次實驗中，測得Δt1＝11.60ms，則滑塊通過光電門Ⅰ的瞬時速度v1＝___________m/s(保留3位有效數(shù)字)；5.000.431(3)在誤差允許范圍內(nèi)，若h1－h(huán)2＝________________(用上述必要的實驗步驟直接測量的物理量符號表示，已知重力加速度為g)，則認為滑塊下滑過程中機械能守恒。(4)寫出兩點產(chǎn)生誤差的主要原因：________________________________________________________________________________________。

滑塊在下滑過程中受到空氣阻力作用，產(chǎn)生誤差；遮光條寬度不夠窄，測量速度不準確，產(chǎn)生誤差2創(chuàng)新實驗提升(能力考點·深度研析)1．速度測量方法的改進2．研究對象的改進從單個物體創(chuàng)新為兩個物體組成的系統(tǒng)，驗證系統(tǒng)在某一過程機械能守恒。?考向1研究對象和實驗器材的改進(2023·天津卷)驗證機械能守恒的實驗如圖放置實驗器材，接通電源，釋放托盤與砝碼，并測得：a．遮光片長度db．遮光片小車到光電門長度lc．遮光片小車通過光電門時間Δtd．托盤與砝碼質(zhì)量m1，小車與遮光片質(zhì)量m2(1)小車通過光電門時的速度為______；(2)從釋放到小車經(jīng)過光電門，這一過程中，系統(tǒng)重力勢能減少量為_______，動能增加量為__________________；m1gl?考向2實驗方法的改進(2022·湖北卷)某同學設計了一個用拉力傳感器驗證機械能守恒定律的實驗。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，記錄鋼球擺動過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，重復上述過程。根據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標系中繪制的Tmax－Tmin圖像是一條