2021届高考物理一轮复习第五章机械能实验验证机械能守恒定律课件沪科版

1、实验验证机械能守恒定律实验验证机械能守恒定律一、基本原理与操作一、基本原理与操作原理装置图原理装置图操作要领操作要领1.安装：打点计时器要竖直安装稳，使两限位孔在同一竖直安装：打点计时器要竖直安装稳，使两限位孔在同一竖直线内以减少摩擦阻力。线内以减少摩擦阻力。2.重物：选密度大、质量大的金属块，且靠近计时器处释放。重物：选密度大、质量大的金属块，且靠近计时器处释放。3.一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松一先一后：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。开纸带让重物下落。二、数据处理与分析二、数据处理与分析1.瞬时速度的计算瞬时速度的计算2.验证守恒的方案验证守

2、恒的方案3.实验误差的分析实验误差的分析误差误差偶然误差偶然误差系统误差系统误差产生产生原因原因测量纸带长度有误测量纸带长度有误存在空气阻力和摩擦阻力，导致存在空气阻力和摩擦阻力，导致ekep减小减小方法方法(1)测下落距离时都从测下落距离时都从0点量起，点量起，一次将各打点对应下落高度测一次将各打点对应下落高度测量完；量完；(2)多次测量取平均值。多次测量取平均值。(1)使打点计时器两限位孔在同一使打点计时器两限位孔在同一竖直线上；竖直线上；(2)选用质量大、体积小的物体作选用质量大、体积小的物体作重物。重物。教材原型实验教材原型实验命题角度命题角度 实验原理与操作实验原理与操作【例【例1】

3、 2017天津理综，天津理综，9(2)如图如图1所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置动纸带从静止开始自由下落，利用此装置“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”。图图1(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_。a.重物选用质量和密度较大的金属锤重物选用质量和密度较大的金属锤b.两限位孔在同一竖直面内上下对正两限位孔在同一竖直面内上下对正c.精确测量出重物的质量精确测量出重物的质量d.用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物(

4、2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 hz的交流电源上，按正确操作得的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图2所示。纸带上各点所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中是打点计时器打出的计时点，其中o点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有选项有_。图图2a.

5、oa、ad和和eg的长度的长度 b.oc、bc和和cd的长度的长度c.bd、cf和和eg的长度的长度 d.ac、bd和和eg的长度的长度(2)由由eg的长度可求出打的长度可求出打f点的速度点的速度v2，打，打o点的速度点的速度v10，但求不出，但求不出of之间的距之间的距离离h，故选项，故选项a错误；由错误；由bc和和cd的长度可求出打的长度可求出打c点的速度点的速度v2，打，打o点的速度点的速度v10，有有oc之间的距离之间的距离h，可以来验证机械能守恒定律，故选项，可以来验证机械能守恒定律，故选项b正确；由正确；由bd和和eg的长度的长度可分别求出打可分别求出打c点的速度点的速度v1和打和

6、打f点的速度点的速度v2，有，有cf之间的距离之间的距离h，可以来验证机械，可以来验证机械能守恒定律，故选项能守恒定律，故选项c正确；正确；ac、bd和和eg的长度可分别求出打的长度可分别求出打b、c、f三点的速三点的速度，但度，但bc、cf、bf之间的距离都无法求出，无法验证机械能守恒定律，故选项之间的距离都无法求出，无法验证机械能守恒定律，故选项d错误。错误。答案答案(1)ab(2)bc命题角度命题角度 数据处理及误差分析数据处理及误差分析【例【例2】 (2016北京理综北京理综)利用图利用图3装置做装置做“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”实验。实验。图图3(1)为验证机械能是否守恒

7、，需要比较重物下落过程中任意为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的两点间的_。a.动能变化量与势能变化量动能变化量与势能变化量b.速度变化量与势能变化量速度变化量与势能变化量c.速度变化量与高度变化量速度变化量与高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是下列器材中，还必须使用的两种器材是_。a.交流电源交流电源b.刻度尺刻度尺c.天平天平(含砝码含砝码)(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图实验中，先接通电源，再释放重物，得

8、到图4所示的一条纸带。在纸带上选取三所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点个连续打出的点a、b、c，测得它们到起始点，测得它们到起始点o的距离分别为的距离分别为ha、hb、hc。已知当地重力加速度为已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为，打点计时器打点的周期为t。设重物的质量为。设重物的质量为m。从打。从打o点到打点到打b点的过程中，重物的重力势能变化量点的过程中，重物的重力势能变化量ep_，动能变化量，动能变化量ek_。解析解析(1)重物下落过程中重力势能减少，动能增加，故该实验需要比较重物下落过重物下落过程中重力势能减少，动能增加，故该实验需要比较重物下落过程中任意两点间的动

9、能变化量与势能变化量在误差范围内是否相等，程中任意两点间的动能变化量与势能变化量在误差范围内是否相等，a项正确。项正确。实验拓展创新实验拓展创新命题角度命题角度 实验器材的改进实验器材的改进【例【例1】 (2019河北石家庄模拟河北石家庄模拟)小明同学利用如图小明同学利用如图5甲所示的实验装置甲所示的实验装置“验证机械能验证机械能守恒定律守恒定律”，其中红外线发射器、接收器可记录小球的挡光时间。小明同学进行，其中红外线发射器、接收器可记录小球的挡光时间。小明同学进行了如下操作：了如下操作：图图5(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径为用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的

10、直径为_mm；(2)该小球质量为该小球质量为m、直径为、直径为d。现使小球从红外线的正上方的高度。现使小球从红外线的正上方的高度h处自由下落，记处自由下落，记录小球挡光时间录小球挡光时间t，已知重力加速度为，已知重力加速度为g，则小球下落过程中动能增加量的表达式为，则小球下落过程中动能增加量的表达式为_；重力势能减少量的表达式为；重力势能减少量的表达式为_(用所给字母表示用所给字母表示)。(3)改变小球下落高度改变小球下落高度h，多次重复实验，发现小球动能的增加量总是小于重力势能，多次重复实验，发现小球动能的增加量总是小于重力势能的减少量，你认为可能的原因是的减少量，你认为可能的原因是_(至少

11、写出至少写出一条一条)。解析解析(1)螺旋测微器的固定刻度为螺旋测微器的固定刻度为18.0 mm，可动刻度为，可动刻度为30.40.01 mm0.304 mm，所以最终读数为所以最终读数为18.0 mm0.304 mm18.304 mm。(3)根据能量守恒定律分析，重力势能的减少量根据能量守恒定律分析，重力势能的减少量ep往往大于动能的增加量往往大于动能的增加量ek的原的原因是阻力做负功。因是阻力做负功。命题角度命题角度 实验情景的拓展实验情景的拓展图图6(1)epmgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢应测量释放时的钢球

12、球心到球球心到_之间的竖直距离。之间的竖直距离。a.钢球在钢球在a点时的顶端点时的顶端b.钢球在钢球在a点时的球心点时的球心c.钢球在钢球在a点时的底端点时的底端图图7(3)下表为该同学的实验结果：下表为该同学的实验结果：ep(102 j) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38ek(102 j) 5.0410.115.120.029.8他发现表中的他发现表中的ep与与ek之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点？请说明理由。他的观点？请说明理由。(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。请你提出一条减

13、小上述差异的改进建议。解析解析(1)钢球下落高度钢球下落高度h，应测量释放时钢球球心到钢球在，应测量释放时钢球球心到钢球在a点时的球心之间的竖直点时的球心之间的竖直距离，故选距离，故选b。(3)不同意，因为空气阻力会造成不同意，因为空气阻力会造成ek小于小于ep，但表中，但表中ek大于大于ep。答案答案(1)b(2)1.501.50(3)不同意理由见解析不同意理由见解析 (4)见解析见解析命题角度命题角度 实验目的的变更实验目的的变更【例【例3】 (2016全国卷全国卷，22)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图图8所示：轻弹簧放置

14、在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。图图8(1)实验中涉及下列操作步骤：实验中涉及下列操作步骤：把纸带向左拉直把纸带向左拉直松手释放物块松手释放物块接通打点计时器电源接通打点计时器电源向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是上述步骤正确的操作顺序是_(填入代表步骤的序号填入代表步骤的序号)。(2)图图9中中m和和l纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用