,实验六验证机械能,守恒,定律,大一轮复习讲义,实验六验证机械能守恒 定律大一轮复习讲义,过好双基关,研透命题点,内容索引,NEIRONGSUOYIN,过好双基关研透命题点内容索引NEIRONGSUOYIN,过好双基关,01,过好双基关01,1.,实验,目的,验证,机械能守恒定律,.,2.,实验,原理,(,如图,1,所示,),通过实验，求出做自由落体运动物体,的,和,对应过程动能的增加量，在实验误差允许范围内，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证,机械能守恒定律,.,基本实验要求,图,1,重力势能的减少量,1.实验目的基本实验要求图1重力势能的减少量,3.,实验器材,打点计时器、交流电源、纸带、复写纸、重物,、,、,铁架台,(,带铁夹,),、,导线,.,4.,实验,步骤,(1),安装器材：,将,固定,在铁架台上，用导线将打点计时器与电源,相连,.,(2),打纸带,用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，,先,，,再,，,让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重打几条,(3,5,条,),纸带,.,刻度尺,打点计时器,接通电源,松开纸带,3.实验器材刻度尺打点计时器接通电源松开纸带,(3),选纸带：分两种情况说明,若选第,1,点,O,到下落到某一点的过程，即,用,_,来,验证，应选点迹清晰，且第,1,、,2,两点间距离,接近,_,的,纸带,(,电源频率为,50 Hz,),.,2 mm,5.,实验,结论,在,的,范围内，自由落体运动过程机械能,守恒,.,误差允许,(3)选纸带：分两种情况说明2 mm5.实验结论误差允许,基本,实验,方法,1.,误差分析,(1),测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从,O,点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平,均值,.,小,阻力,基本实验方法1.误差分析小阻力,2.,注意,事项,(1),打点计时器要竖直：安装打点计时器时,要,架,稳，使其两限位孔在同一竖直线上，以,减少,.,(,2),重物应选用质量大、体积小、密度大的,材料,.,(3),应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物,下落,.,竖直,摩擦阻力,2.注意事项竖直摩擦阻力,3.,验证,方案,方案二：任取两点计算,(1),任取两点,A,、,B,，测出,h,AB,，算出,mgh,AB,.,3.验证方案方案二：任取两点计算,方案三：图象法,从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度,h,，并计算各点速度的,平方,v,2,，然后,以,v,2,为纵轴，以,h,为横轴，根据实验数据,作出,v,2,h,图象,.,若,在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率,为,的,直线，则验证了,机械能守恒定律,.,g,方案三：图象法g,02,研透命题点,02研透命题点,教材原型实验,基础,考点,自主,悟透,命题,点一,例,1,(2019,四川南充市第二次适应性考试,),“,验证机械能守恒定律,”,的实验装置如图,2,甲所示，图乙为实验所得的一条纸带，在纸带上选取了点迹清晰的连续,7,个点，若只测出了点,4,与点,0,之间的距离为,h,4,以及点,6,与点,0,的距离为,h,6,，已知打点周期为,T,，当地重力加速度为,g,.(,以下的三个结论均由题中所给符号表示,),图,2,(1),打点,5,时重物的速度,v,_,；,教材原型实验基础考点自主悟透命题点一例1(2019四川,(2),由已知条件从理论上计算点,5,到点,0,的距离,h,5,_,；,解析,h,6,h,4,h,45,h,56,，而,h,56,h,45,gT,2,，,(2)由已知条件从理论上计算点5到点0的距离h5_,(3),若打点,0,时重物的速度为零，则要验证从点,0,到点,5,间重物下落过程中机械能守恒的等式为,_,.,(3)若打点0时重物的速度为零，则要验证从点0到点5间重物下,变式,1,(2019,湖北宜昌市四月调研,),用落体法验证机械能守恒定律，打出如图,3,甲所示的一条,纸带,.,已知,打点计时器工作频率为,50,Hz.,(1),根据纸带所给数据，打下,C,点时重物的速度为,_ m/s(,结果保留三位有效数字,),.,图,3,2.25,变式1(2019湖北宜昌市四月调研)用落体法验证机械能守,(2),某同学选用两个形状相同、质量不同的重物,a,和,b,进行实,验，测得几组数据，画,出,h,图象，并求出图线的斜率,k,，如图乙所示，由图象可知,a,的质量,m,1,_(,选填,“,大于,”,或,“,小于,”,),b,的质量,m,2,.,大于,b,的斜率小，知,b,的质量小，所以,a,的质量,m,1,大于,b,的质量,m,2,.,(2)某同学选用两个形状相同、质量不同的重物a和b进行实验，,(3),通过分析发现造成,k,2,值偏小的原因是实验中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量,m,2,0.052 kg,，,当地重力加速度,g,9.78,m/s,2,，求出重物所受的平均阻力,F,f,_,N,.,(,结果保留两位有效数字,),解析,m,2,0.052,kg,，,k,2,9.18,，解得,F,f,m,2,(,g,k,2,),0.052,(,9.78,9.18,)N,0.031 N.,0.031,(3)通过分析发现造成k2值偏小的原因是实验中存在各种阻力，,实验创新,高考,热点,讲,透练熟,命题,点,二,创新,1,实验装置的创新,例,2,(2019,福建福州市期末,),为了验证矩形线框自由下落过程中上、下边经过光电门时机械能是否守恒，使用了如图,4,所示的实验装置，已知矩形线框用直径为,d,的圆形材料,做成,.,某,次实验中矩形线框下边和上边先后经过光电门的挡光时间分别为,t,1,和,t,2,.,(1),为完成该实验，还需通过操作测量相应的物理量是,_,.,A,.,用,天平测出矩形线框的质量,m,B,.,用,刻度尺测出矩形线框下边离光电门的高度,h,C,.,用,刻度尺测出矩形线框上、下边之间的距离,L,D,.,用,秒表测出线框上、下边通过光电门的时间间隔,t,图,4,C,实验创新高考热点讲透练熟命题点二创新1实验装置的创新例2,解析,根据机械能守恒的表达式，可知不需要测量其质量，故,A,错误,；,实验,中需要测量过程中重力势能的减小量，因此需要测量矩形线框上、下边之间的距离,L,，不需要测量释放时其下边离光电门的高度,h,，故,B,错误，,C,正确；,根据,机械能守恒定律的表达式，可知不需要测量线框上、下边通过光电门的时间间隔,t,，故,D,错误,.,解析根据机械能守恒的表达式，可知不需要测量其质量，故A错误,(2),如果满足关系式,_(,请用测量的物理量和已知量来表示，重力加速度为,g,),，则自由下落过程中线框的机械能,守恒,.,(2)如果满足关系式_(请用测,变式,2,(2020,广东茂名市第一次综合测试,),某实验小组的同学在做验证机械能守恒定律的实验，实验装置如图,5,甲所示，接下来该小组的同学完成了如下的操作：,图,5,变式2(2020广东茂名市第一次综合测试)某实验小组的同,(1),先利用,10,分度的游标卡尺测出了小球的直径，其示数如图乙所示，该示数为,_ cm,；,1.22,解析,游标卡尺的主尺刻度读数为,12 mm,，游标尺刻度读数为,0.1,2,mm,0.2,mm,，则小球的直径,d,12.2,mm,1.22 cm,(1)先利用10分度的游标卡尺测出了小球的直径，其示数如图乙,(2),将该小球由光电门,1,的正上方无初速度释放，先后通过光电门,1,、,2,，通过电脑显示的时间分别为,t,1,5,10,3,s,、,t,2,4,10,3,s,，若小球通过两光电门,1,、,2,的速度分别用,v,1,、,v,2,表示，由以上数据可知,v,2,_ m/s,；,3.05,(2)将该小球由光电门1的正上方无初速度释放，先后通过光电门,(3),该小组的同学测出两光电门之间的距离为,h,，重力加速度用,g,表示，若小球的机械能守恒，则需要验证的关系式为,_,.,(,用题中所给字母表示,),2,gh,v,2,2,v,1,2,(3)该小组的同学测出两光电门之间的距离为h，重力加速度用g,创新,2,实验,方案,的创新,遮光片,两条长边与导轨垂直，导轨上,B,点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间,t,，用,d,表示,A,点到光电门,B,处的距离，,b,表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过,B,点时的瞬时速度,v,，实验时滑块在,A,处由静止开始,运动,.,图,6,例,3,(2019,四川资阳市一诊,),利用气垫导轨,“,验证机械能守恒定律,”,，实验装置如图,6,甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上,A,点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为,M,，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为,m,的小球相连；,创新2实验方案的创新遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有,(1),某次实验测得倾角,30,，重力加速度用,g,表示，滑块从,A,处到达,B,处时,m,和,M,组成的系统动能增加量可表示为,E,k,_,，系统的重力势能减少量可表示为,E,p,_,，在误差允许的范围内，若,E,k,E,p,，则可认为系统的机械能守恒；,(,用题中所给字母表示,),(1)某次实验测得倾角30，重力加速度用g表示，滑块从,(2),按上述实验方法，某同学改变,A,、,B,间的距离，得到滑块到,B,点时对应的速度，作出,v,2,d,图象,如图乙所示，并测得,M,m,，则重力加速度,g,_,m/s,2,.,解得,g,9.6 m/s,2,.,9.6,(2)按上述实验方法，某同学改变A、B间的距离，得到滑块到B,变式,3,用如图,7,甲所示的实验装置验证,m,1,、,m,2,组成的系统机械能,守恒,.,m,2,从高处由静止开始下落，,m,1,上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证,机械能守恒定律,.,图,乙给出的是实验中获取的一条纸带，,0,是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有,4,个点,(,图中未标出,),，所用电源的频率为,50,Hz.,已知,m,1,50 g,、,m,2,150,g,.,则,：,(,结果均保留两位有效数字,),图,7,变式3用如图7甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械,(1),在纸带上打下计数点,5,时的速度,v,5,_ m/s,；,2.4,(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5_ m,(2),在打下,0,点到打下计数点,5,的过程中系统动能的增加量,E,k,_ J,，系统重力势能的减少量,E,p,_ J,；,(,当地的重力加速度,g,取,10 m/s,2,),0.58,0.60,(2)在打下0点到打下计数点5的过程中系统动能的增加量Ek,9.7,解得,g,9.7 m/s,2,.,9.7解得g9.7 m/s2.,先,用米尺测得,B,、,C,两点间距离,s,，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置,A,，然后由静止释放，计时器显示遮光片从,B,到,C,所用的时间,t,，用米尺测量,A,、,O,之间的距离,x,.,实验拓展,探究弹簧的弹性势能,高考热点讲透练熟,命题,点,三,图,8,(1),计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是,v,_.,解析,滑块,离开弹簧后的运动可视为匀速运动，故可以用,BC,段的平均速度表示滑块离开弹簧时的速度，,例,4,(2019,湖北荆州市四月质检,),用如图,8,所示的装置测量弹簧的弹性势,能,.,将,弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在,O,点；在,O,点右侧的,B,、,C,位置,各安装一个光电门，计时器,(,图中未画出,),与两个光电门,相连,.,先用米尺测得B、C两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧,(2),为求出弹簧的弹性势能，还需要测量,_,.,(,填字母序号,),A,.,弹簧,原长,B,.,当地,重力加速度,C,.,滑块,(,含遮光片,),的质量,C,解析,弹簧的弹性势能等于滑块增