高考物理一轮复习（要点+命题导向+策略）实验6验证机械能守恒定律课件.ppt

实验实验六六验证验证机械能守恒定律机械能守恒定律 2021/8/11 星期三1一、实验目的一、实验目的验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律二、实验原理二、实验原理图图12021/8/11 星期三2 2021/8/11 星期三3该该式式左左边边表表示示物物体体由由A到到B过过程程中中动动能能的的增增加加，右右边边表表示示物物体体由由A到到B过过程程中中重重力力势势能能的的减减少少等等式式说说明明，物物体体重重力力势势能能的的减减少少等等于于动动能能的的增增加加通通过过实实验验，求求出出做做自自由由落落体体运运动动物物体体的的重重力力势势能能的的减减少少量量和和相相应应过过程程动动能能的的增增加加量量，若若二二者者相相等等，说说明明机机械械能能守守恒恒，从从而而验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律2021/8/11 星期三4三、实验仪器三、实验仪器打打点点计计时时器器、电电源源、纸纸带带、复复写写纸纸片片、重重物物、刻刻度度尺尺、带带有有铁铁夹夹的铁架台、导线两根的铁架台、导线两根四、实验方法四、实验方法1求求A点的瞬时速度点的瞬时速度vA的方法的方法图图22021/8/11 星期三5根根据据做做匀匀加加速速运运动动的的物物体体在在某某一一段段时时间间t内内的的平平均均速速度度等于等于该时间该时间段中段中间时间时刻的瞬刻的瞬时时速度可求出速度可求出A点的瞬点的瞬时时速度速度vA.图图2是是竖竖直直纸纸带带由由下下而而上上实实际际打打点点后后的的情情况况从从O点点开开始始依依次次取取点点1,2,3，图图中中x1，x2，x3，分分别别为为02点点，13点，点，24点点各段的距离各段的距离根根据据公公式式 ，t20.02 s(纸纸带带上上任任意意两两个个相相邻邻的的点点间间所所表表示示的的时时间间都都是是0.02 s)，可可求求出出各各段段的的平平均均速速度度这这些些平平均均速速度度就就等等于于是是1,2,3，各各点点相相对对应应的的瞬瞬时时速速度度v1，v2，v3，.例例如如：量量出出02点点间间距距离离x1，则则在在这这段段时时间间里里的的平平均均速速度度 ，这这就就是是点点1处处的的瞬瞬时时速速度度v1.依依次次类类推可求出点推可求出点2,3，处处的瞬的瞬时时速度速度v2，v3，2021/8/11 星期三62确定重物下落的高度的方法确定重物下落的高度的方法图图2中中h1，h2，h3，分分别为纸带别为纸带从从O点下落的高度点下落的高度图图3根根据据以以上上数数值值可可以以计计算算出出任任意意点点的的重重力力势势能能和和动动能能，从而从而验证验证机械能守恒定律机械能守恒定律2021/8/11 星期三7五、实验步骤五、实验步骤1如如图图3所所示示，将将纸纸带带固固定定在在重重物物上上，让让纸纸带带穿穿过过打打点计时器；点计时器；2用用手手握握着着纸纸带带，让让重重物物静静止止在在打打点点计计时时器器附附近近，然然后后接接通通电电源源，松松开开纸纸带带，让让重重物物自自由由落落下下，纸纸带带上上打打下下一一系列小点系列小点3从从几几条条打打下下点点的的纸纸带带中中挑挑选选第第一一、二二点点间间距距离离接接近近2 mm且且点点迹迹清清楚楚的的纸纸带带进进行行测测量量，测测出出各各计计数数点点到到第第一一个个点的距离点的距离d1、d2，.据公式据公式vn ，计计算算物物体体在在打打下下点点1、2时时的的瞬瞬时时速速度度v1、v2计计算算相相应应的的动动能能的的增增加加值值2021/8/11 星期三84用用刻刻度度尺尺测测量量纸纸带带从从点点O到到点点1、2之之间间的的距距离离h1、h2计计算出相算出相应应减少的重力减少的重力势势能能2021/8/11 星期三9六、实验数据处理六、实验数据处理本本实实验验数数据据处处理理，主主要要体体现现在在对对纸纸带带的的选选取取和和速速度度的的测量两方面测量两方面1关于纸带的选取，我们分两种情况加以说明：关于纸带的选取，我们分两种情况加以说明：用用 mv2mgh验验证证：这这是是以以纸纸带带上上第第一一点点(起起始始点点)为为基基准准点点验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律的的方方法法由由于于第第一一点点应应是是重重物物做做自自由由落落体体运运动动开开始始下下落落的的点点，所所以以应应选选取取点点迹迹清清晰晰且且第第1、2两点间的距离接近两点间的距离接近2 mm的纸带的纸带2021/8/11 星期三10用用 验证验证：这这是是回回避避起起始始点点，在在纸纸带带上上选选择择后后面面的的某某两两点点验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律的的方方法法由由于于重重力力势势能能的的相相对对性性，处处理理纸纸带带时时选选择择适适当当的的点点为为基基准准点点，势势能能的的大大小小不不必必从从起起始始点点开开始始计计算算这这样样，纸纸带带上上打打出出起起始始点点O后后的的第第一一个个0.02 s内内的的位位移移是是否否接接近近2 mm，以以及及第第一一个个点点是是否否清清晰晰也也就就无无关关紧紧要要了了实实验验打打出出的的任任何何一一条条纸纸带带，只只要要后后面面的的点点迹迹清清晰晰，都都可可以用于以用于验证验证机械能是否守恒机械能是否守恒2021/8/11 星期三11当当然然，实实验验开开始始时时如如果果不不是是用用手手提提着着纸纸带带的的上上端端，而而是是用用夹夹子子夹夹住住纸纸带带的的上上端端，待待开开始始打打点点后后再再松松开开夹夹子子释释放放纸纸带带，打打点点计计时时器器打打出出的的第第一一个个点点的的点点迹迹清清晰晰，计计算算时时从从第第一一个个计计时时点点开开始始至至某某一一点点的的机机械械能能守守恒恒，其其误误差差也也不不会会太太大大回回避避第第一一个个计计时时点点的的原原因因也也包包括括实实验验时时手手提提纸纸带带的的不不稳稳定定，使使第第一一个个计计时时点点打打出出的的点点迹迹过过大大，从从而而使使测测量量误误差加大差加大2速速度度的的测测量量：做做匀匀变变速速直直线线运运动动的的纸纸带带上上某某点点的的瞬瞬时时速度，等于相速度，等于相邻邻两点两点间间的平均速度的平均速度2021/8/11 星期三12七、实验误差分析七、实验误差分析重重物物和和纸纸带带下下落落过过程程中中要要克克服服阻阻力力，主主要要是是纸纸带带与与计计时时器器之之间间的的摩摩擦擦力力计计时时器器平平面面不不在在竖竖直直方方向向，纸纸带带平平面面与与计计时时器器平平面面不不平平行行是是阻阻力力增增大大的的原原因因电电磁磁打打点点计计时时器器的的阻阻力力大大于于电电火火花花计计时时器器由由于于阻阻力力的的存存在在，重重物物动动能能的的增加量稍小于势能的减少量，即增加量稍小于势能的减少量，即Ek50 Hz，由由于于速速度度值值仍仍按按频频率率为为50 Hz计计算算，频频率率的的计计算算值值比比实实际际值值偏偏小小，周周期期值值偏偏大大，算算得得的的速速度度值值偏偏小小，动动能能值值也也就就偏偏小小，使使EkEp的的误误差差进进一一步步加加大大；根根据据同同样样的的道道理理，若若fEp的结果的结果2021/8/11 星期三13八、实验注意事项八、实验注意事项1做做好好本本实实验验的的关关键键是是尽尽量量减减少少重重物物下下落落时时纸纸带带所所受受到到的的阻阻力力实实验验设设备备安安装装时时，为为使使纸纸带带受受到到的的阻阻力力尽尽可可能能小小，计计时时器器必必须须固固定定，并并且且计计时时器器平平面面应应在在竖竖直直方方向向，使使其其两两限限位位孔孔在在同同一一竖竖直直平平面面内内，以以尽尽量量减减少少重重物物带带着着纸纸带带下落时所受到的阻力作用下落时所受到的阻力作用2实实验验时时，需需保保持持提提纸纸带带的的手手不不动动，必必须须先先接接通通电电源源，让让打打点点计计时时器器工工作作正正常常后后才才松松开开纸纸带带让让重重物物下下落落，以以保保证第一个点是一个清晰的点证第一个点是一个清晰的点2021/8/11 星期三143实实验验中中选选取取纸纸带带应应注注意意两两点点：一一是是第第一一点点O为为计计时时起起点点，O点点的的速速度度应应为为零零怎怎样样判判别别呢呢？因因为为打打点点计计时时器器每每隔隔0.02 s打打点点一一次次，在在最最初初的的0.02 s内内物物体体下下落落距距离离应应为为0.002 m，所所以以应应从从几几条条纸纸带带中中选选择择第第一一、二二两两点点间间距距离离接接近近2 mm的的纸纸带带进进行行测测量量；二二是是在在纸纸带带上上所所选选的的点点就就是是连连续续相相邻邻的点，每相的点，每相邻邻两点两点时间间时间间隔隔t0.02 s.4测测量量下下落落高高度度时时，必必须须从从起起始始点点算算起起，不不能能搞搞错错，为为了了减减少少测测量量h值值的的相相对对误误差差，选选取取的的各各个个计计数数点点要要离离起起始始点点远远一一些些，纸纸带带也也不不宜宜过过长长，有有效效长长度度可可在在6080 cm之之内内2021/8/11 星期三155因因为为不不需需要要知知道道物物体体在在某某点点动动能能和和势势能能的的具具体体数数值值，所以不必，所以不必测测量物体的量物体的质质量量m，而只需，而只需验证验证 ghn就就行了行了2021/8/11 星期三16题题型一型一实验实验数据的数据的处处理理例例1在在“验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律”的的实实验验中中，已已知知打打点点计计时时器器所所用用的的电电源源的的频频率率为为50 Hz，查查得得当当地地的的重重力力加加速速度度g9.8 m/s2，测测得得所所用用的的重重物物的的质质量量m1.0 kg.实实验验中中得得到到一一条条点点迹迹清清晰晰的的纸纸带带，把把第第一一个个点点记记作作O，另另选选连连续续的的4个个点点A、B、C、D作作为测为测量的点量的点2021/8/11 星期三17如如图图4所所示示，经经测测量量知知道道A、B、C、D各各点点到到O点点的的距距离离分分别别为为62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm，根根据据以以上上数数据据，可可知知重重物物由由O点点运运动动到到C点点，重重力力势势能能的的减减少少量量等等于于_J，动动能能的的增增加加量量等等于于_J(取取三三位位有有效数字效数字)图图42021/8/11 星期三18解解析析先先求求出出重重物物下下落落的的距距离离和和获获得得的的速速度度，再再求求重物重力势能的减少量和动能的增加量重物重力势能的减少量和动能的增加量C点至点至O点的距离点的距离hC77.76 cm0.7776 m，故重物由故重物由O点运动到点运动到C点重力势能的减少量为点重力势能的减少量为EpmghC19.80.7776 J7.62 J.重物过重物过C点的瞬时速度点的瞬时速度2021/8/11 星期三19答案答案7.627.562021/8/11 星期三20题题后后反反思思：本本例例中中，我我们们以以第第一一点点(起起始始点点)为为基基准准点点进进行行验验证证，在在实实验验误误差差范范围围内内可可以以认认为为EkEp，从从而而验验证证了了机机械械能能守守恒恒定定律律值值得得注注意意的的是是C点点瞬瞬时时速速度度的的求求法法：做做匀匀变变速速直直线线运运动动的的纸纸带带上上某某点点的的瞬瞬时时速速度度，等等于于相相邻邻两两点间的平均速度点间的平均速度2021/8/11 星期三21(1)在在做做“验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律”的的实实验验时时，实实验验小小组组不不慎慎将将一一条条选选择择好好的的纸纸带带的的前前面面一一部部分分损损坏坏了了，剩剩下下的的一一部部分分纸纸带带上上各各点点间间的的距距离离如如图图5所所示示，已已知知打打点点计计时时器器的的打打点点周周期期为为T0.02 s，重重力力加加速速度度g9.8 m/s2；重重锤锤的的质质量量为为m，已已知知x10.98 cm，x21.42 cm，x31.78 cm，则则记记录录B点点时时重重锤锤的的动动能能EkB_J(用用字字母母表表示示)，记记录录C点点时时重重锤锤的的动动能能EkC0.32m J；重重锤锤从从B点点到到C点点重重力力势势能能变变化化量量是是_ J，动动能能变变化化量量是是_ J从从而而可可以以得得出出结论结论：_.2021/8/11 星期三22(2)在在验证验证机械能守恒定律的机械能守恒定律的实验实验中：中：图图5自自由由落落下下的的重重锤锤质质量量要要大大一一些些，这这是是为为了了减减少少_对实验对实验的影响的影响实实验验中中_测测定定重重锤锤的的质质量量(填填“需需要要”或或“不不要要”)2021/8/11 星期三23实实验验小小组组在在验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律的的实实验验中中发发现现，重重锤锤减减少少的的重重力力势势能能总总是是大大于于重重锤锤动动能能的的增增加加，其其原原因因主主要要是是因因为为在在重重锤锤下下落落的的过过程程中中存存在在阻阻力力作作用用，因因此此想想到到可可以以通通过过该该实实验验装装置置测测阻阻力力的的大大小小根根据据已已知知当当地地重重力力加加速速度度公公认认的的较较准准确确的的值值为为g，电电源源的的频频率率为为f，又又测测量量出出物物理理量量_他他(她她)们们用用这这些些物物理理量量求求出出了了重重锤锤在在下下落落的的过过程程中受到的平均阻力大小中受到的平均阻力大小F_(用字母表示用字母表示)2021/8/11 星期三24 2021/8/11 星期三25 2021/8/11 星期三261在在做做验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律的的实实验验时时，发发现现重重锤锤减减少少的的势势能能总总是大于重是大于重锤锤增加的增加的动动能，造成能，造成这这种种现现象的原因是象的原因是 ()A选选用的重用的重锤质锤质量量过过大大B选选用的重用的重锤质锤质量量过过小小C空气空气对对重重锤锤的阻力和打点的阻力和打点计时计时器器对纸带对纸带的阻力的阻力D实验时实验时操作不操作不够细够细，实验实验数据数据测测量不准确量不准确答案：答案：C2021/8/11 星期三272在在“验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律”的的实实验验中中，下下列列物物理理量量中中需需要用工具要用工具测测量的有量的有()；通；通过计过计算得到的有算得到的有 ()A重重锤锤的的质质量量B重力加速度重力加速度C重重锤锤下落的高度下落的高度D与重与重锤锤下落高度下落高度对应对应的重的重锤锤瞬瞬时时速度速度答案：答案：CD2021/8/11 星期三283在在“验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律”的的实实验验中中，有有如如下下可可供供选选择择的的实实验验器器材材：铁铁架架台台、打打点点计计时时器器以以及及复复写写纸纸、纸纸带带、低低压压直直流流电电源源、天天平平、秒秒表表、导导线线、电电键键其其中中不不必必要要的的器材是器材是_，缺少的器材是，缺少的器材是_2021/8/11 星期三29答答案案：低低压压直直流流电电源源、天天平平、秒秒表表低低压压交交流流电电源源、重物、刻度尺重物、刻度尺2021/8/11 星期三304(2010茂茂名名模模拟拟)用用如如图图6所所示示的的实实验验装装置置验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律，实实验验所所用用的的电电源源为为学学生生电电源源，输输出出电电压压有有6V的的交交流流电电和和直直流流电电两两种种重重锤锤从从高高处处由由静静止止开开始始落落下下，重重锤锤上上拖拖着着的的纸纸带带通通过过打打点点计计时时器器打打出出一一系系列列的的点点，对对纸纸带带上上的的点点的的痕痕迹迹进进行行测测量量，即即可可验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律图图62021/8/11 星期三31(1)下面列下面列举举了了该实验该实验的几个操作步的几个操作步骤骤：A按照按照图图示的装置安装器件；示的装置安装器件；B将打点将打点计时计时器接到器接到电电源的直流源的直流输输出端上；出端上；C用天平用天平测测量出重量出重锤锤的的质质量；量；D释释放放悬悬挂挂纸纸带带的的夹夹子子，同同时时接接通通电电源源开开关关打打出出一一条条纸带纸带；E测测量打出的量打出的纸带纸带上某些点之上某些点之间间的距离；的距离；F根根据据测测量量的的结结果果计计算算重重锤锤下下落落过过程程中中减减少少的的重重力力势势能是否等于增加的能是否等于增加的动动能能2021/8/11 星期三32指指出出其其中中没没有有必必要要进进行行的的或或者者操操作作不不恰恰当当的的步步骤骤，将将其其选项对应选项对应的字母填在下面的横的字母填在下面的横线线上，并上，并说说明其原因明其原因答：答：_.2021/8/11 星期三33(2)利利用用这这个个装装置置也也可可以以测测量量重重锤锤下下落落的的加加速速度度a的的值值，如如图图7所所示示根根据据打打出出的的纸纸带带，选选取取纸纸带带上上打打出出的的连连续续五五个个点点A、B、C、D、E，测测出出A点点距距起起始始点点O的的距距离离为为x0，点点A、C间间的的距距离离为为x1，点点C、E间间的的距距离离为为x2，使使用用交交流流电电的的频频率率为为f，则则根根据据这这些些条条件件计计算算重重锤锤下下落落的的加加速速度度a的的表表达达式式为为：a_.图图72021/8/11 星期三34答答案案：(1)步步骤骤B是是错错误误的的，应应该该接接到到电电源源的的交交流流输输出出端端步步骤骤D是是错错误误的的，应应该该先先接接通通电电源源，待待打打点点稳稳定定后后再再释释放放纸纸带带，步步骤骤C不不必必要要，因因为为根根据据测测量量原原理理，重重锤锤的的动动能能和和势能中都包含了质量势能中都包含了质量m，可以约去，可以约去(2)2021/8/11 星期三355利利用用图图8所所示示的的装装置置验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律图图中中AB是是固固定定的的光光滑滑斜斜面面，斜斜面面的的倾倾角角为为30，1和和2是是固固定定在在斜斜面面上上适适当当位位置置的的两两个个光光电电门门，当当光光电电门门中中有有物物体体通通过过时时与与它它们们连连接接的的光光电电计计时时器器(都都没没有有画画出出)能能够够显显示示挡挡光光时时间间让让滑滑块块从从斜斜面面的的顶顶端端滑滑下下，光光电电门门1、2各各自自连连接接的的光光电电计计时时器器显显示示的的挡挡光光时时间间分分别别为为5.00102 s、2.00102s.已已知知滑滑块块质质量量为为2.00 kg，滑滑块块沿沿斜斜面面方方向向的的长长度度为为5.00 cm，光光电电门门1和和2之之间间的的距距离离为为0.54 m，g9.80 m/s2，取取滑滑块块经经过过光光电电门门时时的速度的速度为为其平均速度其平均速度2021/8/11 星期三36(1)滑滑块块通通过过光光电电门门1时时的的速速度度v1_ m/s，通通过过光光电门电门2时时的速度的速度v2_ m/s；(2)滑滑块块通通过过光光电电门门1、2之之间间的的动动能能增增加加量量为为_ J，重力，重力势势能的减少量能的减少量为为_ J.图图82021/8/11 星期三37答案：答案：(1)12.5(2)5.255.2922021/8/11 星期三386(2008江江苏苏高高考考)某某同同学学利利用用如如图图9所所示示的的实实验验装装置置验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律弧弧形形轨轨道道末末端端水水平平，离离地地面面的的高高度度为为H.将将钢钢球球从从轨轨道道的的不不同同高高度度h处处静静止止释释放放，钢钢球球的的落落点点距距轨轨道末端的水平距离道末端的水平距离为为x.图图92021/8/11 星期三39(1)若若轨轨道道完完全全光光滑滑，x2与与h的的理理论论关关系系应应满满足足x2_(用用H、h表示表示)(2)该该同学同学经实验测经实验测量得到一量得到一组组数据，如下表所示：数据，如下表所示：请请在坐在坐标纸标纸上作出上作出x2h关系关系图图h(101m)2.003.004.005.006.00 x2(101m2)2.623.895.206.537.782021/8/11 星期三40(3)对对比比实实验验结结果果与与理理论论计计算算得得到到的的x2h关关系系图图线线(图图中中已已画画出出)，自自同同一一高高度度静静止止释释放放的的钢钢球球，水水平平抛抛出出的的速速率率_(填填“小于小于”或或“大于大于”)理理论值论值图图102021/8/11 星期三41(4)从从x2h关关系系图图线线中中分分析析得得出出钢钢球球水水平平抛抛出出的的速速率率差差十分十分显显著，你著，你认为认为造成上述偏差的可能原因是造成上述偏差的可能原因是_2021/8/11 星期三422021/8/11 星期三43答案：答案：(1)4Hh (2)见下图见下图图图11(3)小于小于(4)摩擦，转动摩擦，转动(答任一即可答任一即可)2021/8/11 星期三442021/8/11 星期三45