高考物理总复习主题三机械能及其守恒定律3.8实验：验证机械能守恒定律市赛课公开课一等奖省名师优质课获.pptx

实验要点梳理,课堂互动探究,课时达标训练,3.8,试验：验证机械能守恒定律,1/39,试验目标,1.,会用打点计时器打下纸带计算物体运动速度。,2.,掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律原理和方法。,试验原理,让物体自由下落，忽略阻力情况下物体机械能守恒，有两种方案验证物体机械能守恒：,mgh,2/39,试验器材,铁架台,(,带铁夹,),、,_,、重锤,(,带纸带夹子,),、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、,_,。,mgh,电磁打点计时器,低压交流电源,3/39,试验过程,一、试验步骤,1.,安装置：,按图将检验、调整好打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。,4/39,2.,打纸带,：将纸带一端用夹子固定在重物上；另一端穿过打点计时器限位孔，用手提着纸带使重物静止在,_,打点计时器地方。先,_,，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做,3,5,次试验。,3.,选纸带,：选取点迹较为清楚且有两点间距离约为,_,纸带，把纸带上打出两点间距离为,2 mm,第一个点作为起始点，记作,O,，在距离,O,点较远处再依次选出计数点,1,、,2,、,3,4.,测距离,：用刻度尺测出,O,点到,1,、,2,、,3,距离，即为对应下落高度,h,1,、,h,2,、,h,3,靠近,接通电源,2 mm,5/39,二、数据处理,1.,计算各点对应瞬时速度,：记下第,1,个点位置,O,，在纸带上从离,O,点适当距离开始选取几个计数点,1,、,2,、,3,并测量出各计数点到,O,点距离,h,1,、,h,2,、,h,3,再依据公式,v,n,_,，计算出,1,、,2,、,3,、,4,、,n,点瞬时速度,v,1,、,v,2,、,v,3,、,v,4,v,n,。,2.,机械能守恒验证,6/39,7/39,原点,g,8/39,误差分析,1.,在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差。,2.,重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成,_,，下落高度越大，机械能损失越多，所以试验数据出现了各计数点对应机械能依次略有减小现象。,3.,因为交流电周期不稳定，造成打点时间间隔改变而产生误差。,内能,9/39注意事项,1.,应尽可能控制试验满足机械能守恒条件，这就要求尽可能减小各种阻力影响，采取办法有：,(1),安装打点计时器时，必须使两个限位孔中线严格竖直，以减小,_,。,(2),应选取质量和密度较,_,重物，增大重力可使阻力影响相对,_,，增大密度能够减小体积，使空气阻力减小。,摩擦阻力,大,减小,10/39,2.,纸带选取：,11/39,试验原理与操作,精典示例,例,1,如图,1,为验证机械能守恒定律试验装置示意图。现有器材为：带铁夹铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹重锤。回答以下问题：,图,1,12/39,(1),为完成此试验，除了所给器材外，还需要器材有,_,。,(,填入正确选项前字母,),A.,米尺,B.,秒表,C.0,12 V,直流电源,D.0,12 V,交流电源,(2),下面列举了该试验几个操作步骤：,A.,按照图示装置安装器材,B.,将打点计时器接到电源,“,直流输出,”,上,C.,先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带,D.,测量纸带上一些点间距离,E.,依据测量结果计算重锤下落过程中降低重力势能是否等于增加动能,其中操作不妥步骤是,_,。,13/39,(3),试验中误差产生原因有,_,_(,写出两个原因,),。,(4),利用这个装置也能够测量重锤下落加速度,a,数值。依据打出纸带，选取纸带上连续五个点,A,、,B,、,C,、,D,、,E,，测出各点之间距离如图,2,所表示。使用交流电源频率为,f,，则计算重锤下落加速度表示式,a,_,。,(,用,x,1,、,x,2,、,x,3,、,x,4,及,f,表示,),图,2,14/39,15/39,16/39,试验数据处理,精典示例,例,2,某同学用图,3,甲所表示试验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器电源为交流电源，能够使用频率有,20 Hz,、,30 Hz,和,40 Hz,，打出纸带一部分如图乙所表示。该同学在试验中没有统计交流电频率,f,，需要用试验数据和其它条件进行推算。,图,3,17/39,(1),若从打出纸带可判定重物匀加速下落，利用,f,和图乙中给出物理量能够写出：在打点计时器打出,B,点时，重物下落速度大小为,_,，打出,C,点时重物下落速度大小为,_,，重物下落加速度大小为,_,。,(2),已测得,s,1,8.89 cm,，,s,2,9.50 cm,，,s,3,10.10 cm,；当地重力加速度大小为,9.80 m/s,2,，试验中重物受到平均阻力大小约为其重力,1%,。由此推算出,f,为,_Hz,。,18/39,19/39,1.,甲同学准备做,“,验证机械能守恒定律,”,试验，乙同学准备做,“,探究加速度与力、质量关系,”,试验。,(1),图,4,中,A,、,B,、,C,、,D,、,E,表示部分试验器材，甲同学需在图中选取器材有,_,；乙同学需在图中选取器材有,_,。,(,用字母表示,),图,4,20/39,(2),乙同学在试验室选齐所需器材后，经正确操作取得如图,5,所表示两条纸带,和,。纸带,_(,选填,“”,或,“”,),加速度大，其加速度大小为,_,。,图,5,答案,(1)A,、,B,B,、,D,、,E,(2),2.50 m/s,2,(2.48,2.52 m/s,2,均可,),21/39,2.,在,“,验证机械能守恒定律,”,试验中：,(1),从以下器材中选出试验所必须，其编号为,_,。,A.,打点计时器,(,包含纸带,)B.,重锤,C.,天平,D.,毫米刻度尺,E.,秒表,(,或停表,)F.,运动小车,22/39,(2),进行试验时，为确保重物下落时初速度为零，应,_,。,A.,先接通电源，再释放纸带,B.,先释放纸带，再接通电源,(3),以下说法中正确是,_,。,A.,试验中用打点计时器时，一定用到低压直流电源,B.,选取重物时，一样大小、形状重物应选重一点比很好,C.,要选取第,1,、,2,两点距离靠近,2 mm,纸带,D.,试验结果总是动能增加量略小于重力势能降低许,23/39,24/39,答案,(1)ABD,(2)A,(3)BCD,25/39,3.,(,郑州高一检测,),如图,6,是利用重物自由下落验证机械能守恒定律试验装置。,图,6,(1),在验证机械能守恒定律试验中，没有必要进行操作是,_,。,A.,用天平测重物质量,B.,用秒表测重物下落时间,C.,用打点计时器统计重物下落信息,D.,用纸带统计测量重物下落高度,26/39,(2),该试验所用打点计时器电源频率为,50 Hz,，如图,7,所表示，,A,、,B,、,C,为纸带中选取三个计数点，每两个计数点之间还有,4,个点未画出，则每两个计数点之间时间间隔,T,_s,，打点计时器在打下计数点,B,时，物体下落速度为,v,B,_m/s,。,(,小数点后保留两位小数,),图,7,(3),因为该试验中存在阻力做功，所以试验测得重物重力势能降低许,_(,选填,“,”“,”,或,“,”,),动能增加量。,27/39,28/39,(3),因为纸带经过时受到较大阻力和重物受到空气阻力重力势能有相当一部分转化为摩擦产生内能，所以重力势能降低许显著大于动能增加量。,答案,(1)AB,(2)0.1,2.36,(3),29/39,4.,某同学做验证机械能守恒定律试验时，不慎将一条挑选出纸带一部分损坏，损坏是前端部分。剩下一段纸带上各相邻点间距离已测出标在图,8,中，单位是,cm,。打点计时器工作频率为,50 Hz,，重力加速度,g,取,9.8 m/s,2,，重物质量为,m,。,图,8,(1),重物在,2,点时速度,v,2,_,，在,5,点时速度,v,5,_,，此过程中动能增加量,E,k,_,，重力势能降低许,E,p,_,。由以上可得出试验结论：,_,。,30/39,(2),依据试验判断以下图象正确是,(,其中,E,k,表示重物动能改变量，,h,表示重物下落高度,)(,),31/39,32/39,(2),重物机械能守恒，应有重物降低重力势能转化为增加动能，即,E,k,mg,h,，可见重物增加动能与下落距离成正比，选项,C,正确。,答案,(1)1.50 m/s,2.075 m/s,1.03,m,J,1.06,m,J,在误差允许范围内，机械能守恒,(2)C,33/39,5.,(,青岛高一检测,),利用如图,9,所表示试验装置来验证机械能守恒定律。经过电磁铁控制小铁球从,A,点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门,B,时，毫秒计时器,(,图中未画出,),统计下小铁球挡光时间t,。试验前调整光电门位置，使小球下落过程中，小铁球球心垂直细激光束经过光电门，当地重力加速度为,g,。,图,9,34/39,(1),为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，还需要测量物理量是,_,。,A.,A,点距地面高度,H,B.,A,、,B,之间距离,h,C.,小铁球从,A,到,B,下落时间,t,AB,D.,小铁球直径,d,(2),小铁球经过光电门时瞬时速度,v,_,；要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式,_,是否成马上可,(,用试验中测得物理量符号表示,),。,35/39,36/39,6.,现利用如图,10,所表示装置验证机械能守恒定律。图中,AB,是固定光滑斜面，斜面倾角为,30,，,1,和,2,是固定在斜面上适当位置两个光电门，与它们连接光电计时器都没有画出。让滑块从斜面顶端滑下，光电门,1,、,2,各自连接光电计时器显示挡光时间分别为,5.00,10,2,s,、,2.00,10,2,s,。已知滑块质量为,2.00 kg,，滑块沿斜面方向长度为,5.00 cm,，光电门,1,和,2,之间距离为,0.54 m,，,g,取,9.80 m/s,2,，取滑块经过光电门时速度为其平均速度。,37/39,(1),滑块经过光电门,1,时速度,v,1,_m/s,，经过光电门,2,时速度,v,2,_m/s,。,(2),滑块经过光电门,1,、,2,之间动能增加量为,_J,，重力势能降低许为,_J,。,图,10,38/39,答案,(1)1.00,2.50,(2)5.25,5.29,39/39,