高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6探究动能定理教学案160139

1、高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6研究动能定理教教学设计160139实验六考证机械能守恒定律实验目的考证机械能守恒定律。实验原理在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转变，但总的机械能保持不变。若物体某时辰刹时速度为v，下1落高度为h，则其重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为2mv2，看它们在实验误差赞同的范围内能否相等，若相等则考证了机械能守恒定律。速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的刹时速度等于相邻两点间的均匀速度vtv2t。计算打第n个点刹时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn1，由公式vnxnxn1或vnhn1h

2、n1算出，以以下图。2T2T实验器材铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹)。1/19高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6研究动能定理教教学设计160139实验步骤仪器安装将检查、调整好的打点计时器按以以下图装置竖直固定在铁架台上，接好电路。打纸带将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在凑近打点计时器的地方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。改换纸带，重复做3次实验。选纸带分两种情况说明：1假如依照2mv2mgh考证时，应选点迹清楚，打点成一条直线，且1、2两点间距离小于或凑

3、近2mm的纸带。若1、2两点间的距离大于2mm，这是由于先释放纸带，后接通电源造成的。这样，第1个点就不是运动的初步点了，这样的纸带不可以选。11假如依照2mv2B2mv2Amgh考证时，由于重物重力势能的变化是绝对的，办理纸带上的数据时，选择合适的点为基准点，这样2/19高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6研究动能定理教教学设计160139纸带上打出的第1、2两点间的距离能否为2mm就没关紧急了，因此只需后边的点迹清楚即可采用。数据办理求刹时速度hn1hn1由公式vnT可以计算出重物下落h1、h2、h3的高2度时对应的刹时速度v1、v2、v3考证守恒1方法一：利用初步点和第n点计

4、算。将实验数据代入ghn和2v2n，1假如在实验误差赞同的范围内，ghn2v2n，则考证了机械能守恒定律。11方法二：任取两点A、B测出hAB，算出ghAB和2v2B2v2A的值，11假如在实验误差赞同的范围内，ghAB2v2B2v2A，则考证了机械能守恒定律。方法三：图象法。从纸带上采用多个点，测量从第一点到其余各1点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，此后以2v2为纵轴，以1为横轴，依照实验数据绘出2v2-h图线。若在误差赞同的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则考证了机械能守恒定律。误差分析3/19高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6研究动能定理教教学设计16013

5、9系统误差本实验中因重物和纸带在下落过程中要战胜各样阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故重物动能的增加量Ek稍小于其重力势能的减少量Ep，即Ek”“Ek，原因是存在空气阻力和摩擦阻力。答案(1)3.20(2)2.782.94(3)存在空气阻力和摩擦阻力如图甲所示是用“落体法”考证机械能守恒定律的实验装置。(g取9.80m/s2)甲选出一条清楚的纸带如图乙所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以频次为50Hz的交变电流。用分度值为1mm的刻度尺测得OA12.41cm，OB18.90cm，OC27.06cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的

6、质量为1.00kg。甲同学依照以上数据算出：当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了_J；此时重锤的速度vB_m/s，此时重锤的动能比开始下落时增加了_J。(结果均保存三位有效数字)11/19高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6研究动能定理教教学设计160139乙丙某同学利用他自己实验时打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，1此后以h为横轴、以2v2为纵轴作出了如图丙所示的图线，图线的斜率近似等于_。A19.6B9.8C4.90图线未过原点O的原因是_。分析(1)当打点计时器打到B点时，重锤的重力势能减小量Epmg

7、OB1.009.8018.9021.85J；打B点10JOCOA27.0612.41102时重锤的速度vB4T40.0211m/s1.831m/s，此时重锤的动能增加量Ek2mvB221.001.8312J1.68J。11由机械能守恒定律有2mv2mgh，可得2v2gh，由此可知图线的斜率近似等于重力加快度g，故B正确。由图线可知，h0时，重锤的速度不等于零，原因是该同学做实验时先释放了纸带，然12/19高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6研究动能定理教教学设计160139后才合上打点计时器的开关。答案(1)1.851.831.68(2)B先释放了纸带，后合上打点计时器的开关实验拓

8、展与创新在高考取常常以课本实验为背景，经过改变实验条件、实验仪器设置题目，不走开教材而又不拘泥教材，表现开放性、研究性、创新性等特点，如以下拓展创新角度：实验原理的创新利用钢球摇动来考证机械能守恒定律。利用光电门测定摆球的刹时速度。1小球在重力作用下做竖直上抛运动。利用频闪照片获取实验数据。实验器材的创新利用系统机械能守恒代替单个物体的机械能守恒。利用光电门测定滑块的刹时速度。实验过程的创新13/19高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6研究动能定理教教学设计160139用光电门测定小球下落到B点的速度。1联合t2-H图象判断小球下落过程中机械能守恒。分析实验误差EpEk随H变化的规

9、律。题组训练如图甲是考证机械能守恒定律的实验装置。小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定。将轻绳拉至水平后由静止释放。在最低点周边搁置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间t，再用游标卡尺测出小圆柱的直径d，如图乙所示，重力加快度为g。则：甲乙小圆柱的直径d_cm。测出悬点到小圆柱重心的距离l，若等式gl_建立，说明小圆柱下摆过程机械能守恒。若在悬点O安装一个拉力传感器，测出轻绳上的拉力F，则要考证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是_(用文字和字母表示)，若等式F_成v2立，则可考证向心力公式FnmR。分析(1)小圆柱的直径d10mm20.1mm10.2mm1.02c

10、m。14/19高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6研究动能定理教教学设计160139(2)依照机械能守恒定律得1，因此只需考证1mglmv2glv2221d22t，就说明小圆柱下摆过程中机械能守恒。v2(3)小圆柱在最低点时，由牛顿第二定律得Fmgml，若等d2式Fmgmlt2建立，则可考证向心力公式，可知需要测量小圆柱的质量m。1d2d2答案(1)1.02(2)2t(3)小圆柱的质量mmgmlt22.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片考证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05s闪光一次，如图所标数据为实质距离，该同学经过计算获取不一样样时辰的速度以下表。(当地重力加快度取9.8m/s2

11、，小球质量m0.2kg，结果保存三位有效数字)时辰t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5_m/s。(2)从t2到t5时间内，重力势能增加量Ep_J，动能减15/19高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6研究动能定理教教学设计160139少量Ek_J。在误差赞同的范围内，若Ep与Ek近似相等，即可考证机械能守恒定律。由上述计算得Ep_Ek(选填“”“”或“”)，造成这种结果的主要原因是_。分析(1)v516.1418.66102m/s3.48m/s。20.05(2)重力势能的增加量Epmgh，代入数据可得Ep1.2411J，动

12、能减少量为Ek2mv222mv52，代入数据可得Ek1.28J。由计算可得EpEk，主假如由于存在空气阻力。答案(1)3.48(2)1.241.28(3)存在空气阻力如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“考证机械能守恒定律”的实验。有向来径为d、质量为m的金属小球从A处由静止释放，下落过程中能经过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H(H?d)，光电计时器记录下小球经过光电门的时间为t，当地的重力加快度为g。则：甲乙丙如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d_cm。1(2)多次改变高度H，重复上述实验，作出t2随H的变化图象如16/19高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒

13、定律实验6研究动能定理教教学设计160139图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加快度g及小球的直径d满足以下表达式：_时，可判断小球下落过程中机械能守恒。(3)实验中发现动能增加量Ek老是稍小于重力势能减少量Ep，增加下落高度后，则EpEk将_(选填“增大”“减小”或“不变”)。分析(1)由题图乙可知，主尺刻度为7mm；游标尺上对齐的刻度为5。故读数为：(750.05)mm7.25mm0.725cm。若减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒，1则有：mgH2mv2，即：d212g2gH0t0，解得：t02d2H0。由于该过程中有阻力做功，且高度越高，阻力做功越多，故增加下落高度

14、后，EpEk将增大。12g答案(1)0.725(2)t02d2H0(3)增大利用气垫导轨考证机械能守恒定律，实验装置以以下图。实验步骤。将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平。17/19高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6研究动能定理教教学设计160139用游标卡尺测量挡光条的宽度l9.30mm。由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x_cm。将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已经过光电门2。从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条经过光电门1和光电门2所用的时间t1和t2。用天平称出滑块和挡光条的总质量m0，再称出托

15、盘和砝码的总质量m。用表示直接测量物理量的字母写出以下所求物理量的表达式：滑块经过光电门1和光电门2时刹时速度分别为v1_和v2_。当滑块经过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1_和Ek2_。在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少Ep_(重力加快度为g)。假如Ep_，则可认为考证了机械能守恒定律。分析(1)由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x80.30cm20.30cm60.00cm。由于挡光条宽度很小，因此将挡光条经过光电门时的均匀速度看作刹时速度，挡光条的宽度l可用游标卡尺测量，挡光时间t18/19高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6研究动能定理教教学设计160139l可从数字计时器读出，因此，滑块经过光电门的刹时速度为t，则通ll过光电门1时刹时速度为t1，经过光电门2时刹时速度为t2。由于质量早先已用天平测