2025年高考物理一轮总复习课件 第6章 实验7 验证机械能守恒定律

第六章机械能实验七验证机械能守恒定律实验知识·自主回顾核心考点·重点突破提能训练练案[31]实验知识·自主回顾一、实验目的验证机械能守恒定律。二、实验原理通过实验，求出做___________运动物体的___________的减少量和相应过程_______的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。自由落体重力势能动能三、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(带夹子)。四、实验步骤1．安装置(1)按原理图所示将打点计时器_______固定在铁架台上，接好电路。(2)将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔。2．打纸带：用手提着纸带使重物静止在靠近_____________的位置，先接通电源，后松开纸带，让重物下落。更换纸带重复做3～5次实验。竖直打点计时器2五、数据处理及验证方案1．求瞬时速度由公式vn＝____________可以计算出重物下落h1、h2、h3、…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3、…。六、注意事项1．打点计时器要_______：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力。2．重物密度要_____：重物应选用质量_____、体积_____、密度_____的材料。3．一先一后：应先___________，让打点计时器正常工作，后___________，让重物下落。竖直大大小大接通电源松开纸带七、误差分析1．系统误差本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故ΔEk<ΔEp，改进的方法是调整器材的安装，尽可能减小阻力。2．偶然误差误差来源于长度的测量，减小误差的方法是测下落距离时都从O点测量，一次将各点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值。核心考点·重点突破1教材原型实验(基础考点·自主探究)【跟踪训练】(实验原理、实验操作和数据处理)在“验证机械能守恒定律”的实验中，实验装置如图甲所示。(1)做“验证机械能守恒定律”的实验步骤有：A．把打点计时器固定在铁架台上，并用导线将打点计时器接在低压交流电源上B．将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提着纸带，让手尽量靠近打点计时器C．松开纸带，接通电源D．更换纸带，重复几次，选用点迹清晰且第1、2两点间距为2mm的纸带E．用天平称出物体的质量BCE(2)下列物理量中，需要通过计算得到的有_____。A．重锤的质量B．重锤下落的时间C．重锤下落的高度D．与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度D(3)某同学做“验证机械能守恒定律”实验，不慎将一条选择好的纸带的前面一部分破坏了，剩下了一段纸带上的各个点间的距离，他测出的结果如图乙所示，已知打点计时器工作频率为50Hz。①打点计时器打下计数点2、5两点时，重锤下落的速度v2＝___________m/s，v5＝___________m/s(保留三位有效数字)；②重锤通过2、5两点的过程中，设重锤的质量为m，重锤重力势能减少量ΔEp＝___________J，重锤动能增加量ΔEk＝__________J(保留三位有效数字，重力加速度g取9.8m/s2)。1.502.081.06m1.04m[解析]

(1)将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提着纸带，应该让手尽量远离打点计时器，让重物尽量靠近打点计时器。实验时，应该先接通电源，后松开纸带，所以上述实验步骤中错误的是B和C。(2)重锤质量不需要测量更不需要计算；因为打点计时器是计时的仪器，可以直接得到重锤下落的时间；重锤下落的高度可以直接用刻度尺测量，不需要计算。而与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度需要通过相邻两点间的平均速度来计算。故选D项。(误差分析)(2021·浙江6月选考·17(1))在“验证机械能守恒定律”实验中，小王用如图甲所示的装置，让重物从静止开始下落，打出一条清晰的纸带，其中的一部分如图乙所示。O点是打下的第一个点，A、B、C和D为另外4个连续打下的点。(1)为了减小实验误差，对体积和形状相同的重物，实验时选择密度大的理由是_______________________________________。(2)已知交流电频率为50Hz，重物质量为200g，当地重力加速度g＝9.80m/s2，则从O点到C点，重物的重力势能变化量的绝对值|ΔEp|＝___________J、C点的动能EkC＝___________J(计算结果均保留3位有效数字)。比较EkC与|ΔEp|的大小，出现这一结果的原因可能是_____。A．工作电压偏高B．存在空气阻力和摩擦力C．接通电源前释放了纸带阻力与重力之比更小(或其他合理解释)0.5470.588C[解析]

(1)在“验证机械能守恒定律”实验中，阻力越小越好，体积和形状相同的重物，密度大的阻力与重力之比更小。(2)由题图乙可知OC之间的距离为xOC＝27.90cm，因此重力势能的减少量为|ΔEp|＝mgxOC＝0.2×9.8×0.2790J≈0.547J匀变速直线运动中，中间时刻的速度等于这段时间的平均速度，因此因此动能的增加量为工作电压偏高不会影响实验的误差，存在摩擦力会使重力势能的减少量大于动能的增加量，只有提前释放了纸带，纸带的初速度不为零，下落到同一位置的速度偏大才会导致动能的增加量大于重力势能的减少量。(研究物体沿斜面下滑时机械能守恒)(2021·海南卷，15)为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图所示的气垫导轨装置(包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计)进行实验。此外可使用的实验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺。(1)某同学设计了如下的实验步骤，其中不必要的步骤是______。①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ，并连接数字毫秒计；②用天平测量滑块和遮光条的总质量m；③用游标卡尺测量遮光条的宽度d；④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l；⑤调整好气垫导轨的倾斜状态；②④⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处，由静止开始释放，从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间Δt1、Δt2；⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度h1、h2；⑧改变气垫导轨倾斜程度，重复步骤⑤⑥⑦，完成多次测量。(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度d时，游标卡尺的示数如图所示，则d＝_________mm；某次实验中，测得Δt1＝11.60ms，则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度v1＝___________m/s(保留3位有效数字)；5.000.431(3)在误差允许范围内，若h1－h2＝________________(用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示，已知重力加速度为g)，则认为滑块下滑过程中机械能守恒。(4)写出两点产生误差的主要原因：________________________________________________________________________________________。

滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差2创新实验提升(能力考点·深度研析)1．速度测量方法的改进2．研究对象的改进从单个物体创新为两个物体组成的系统，验证系统在某一过程机械能守恒。►考向1研究对象和实验器材的改进(2023·天津卷)验证机械能守恒的实验如图放置实验器材，接通电源，释放托盘与砝码，并测得：a．遮光片长度db．遮光片小车到光电门长度lc．遮光片小车通过光电门时间Δtd．托盘与砝码质量m1，小车与遮光片质量m2(1)小车通过光电门时的速度为______；(2)从释放到小车经过光电门，这一过程中，系统重力势能减少量为_______，动能增加量为__________________；m1gl►考向2实验方法的改进(2022·湖北卷)某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，使小钢球在竖直平面内摆动，记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值Tmax和最小值Tmin。改变小钢球的初始释放位置，重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制的Tmax－Tmin图像是一条