2021版高考物理大一轮复习通用版课件：实验六　验证机械能守恒定律课件PPT

这是一份2021版高考物理大一轮复习通用版课件：实验六　验证机械能守恒定律课件PPT，共35页。PPT课件主要包含了热点一教材原型实验，热点二实验拓展创新，刻度尺，重物离打点计时器太远，略大于，系统误差，不正确，最大值，ABC，m2gL等内容，欢迎下载使用。
题型1|实验原理与操作例1 如图所示，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，利用此装置验证机械能守恒定律．(1)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B．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D．用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物
(2)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，如图所示，纸带上各点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________．A．OA、AD和EG的长度B．OC、BC和CD的长度C．BD、CF和EG的长度D．AC、BD和EG的长度
题型2数据处理及分析例2 “验证机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示．
(1)甲同学按照正确的实验步骤操作后，选出一条纸带如图乙所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点．从纸带上A点开始每隔一个点取一个计数点，取得两个计数点B和C.该同学用刻度尺测得OA＝9.62 cm，OB＝15.89 cm，OC＝23.64 cm.已知打点计时器每0.02 s打一个点，重物的质量为m＝1.00 kg，取g＝9.80 m/s2.在OB段运动过程中，重物重力势能的减少量ΔEp＝________ J，重物动能的增加量ΔEk＝________ J．(结果保留3位有效数字)
先释放重物，再接通打点计时器的电源
练1某同学采用如图甲所示的装置进行“验证机械能守恒定律”实验．(1)除了图甲装置中的器材之外，还必须从图乙中选取实验器材，其名称是________；(2)指出图甲装置中不合理的地方(一处)_____________________；
解析：(1)验证机械能守恒定律需要测量重物下降的高度以及重物的速度，因此需要使用刻度尺．(2)为充分利用纸带记录实验数据，重物应尽量靠近打点计时器，而题图甲中重物离打点计时器太远．
(3)小明同学通过正确实验操作得到了如图丙的一条纸带，读出计数点0、4两点间的距离为________ cm；(4)已知打点计时器的电源频率为50 Hz，计算得出打下计数点5时纸带速度的大小为________m/s(保留两位有效数字)；(5)在实际的测量中，重物减少的重力势能通常会______(填“略大于”“等于”或“略小于”)增加的动能，这样产生的误差属于______(填“系统误差”或“偶然误差”)；
(6)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒．在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2­h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒．请你分析论证该同学的判断依据是否正确________(填“正确”或“不正确”)，并说明原因__________________________________．
要想通过v2­h图象的方法验证机械能是否守恒，还必须看图象的斜率是否接近2g
解析：(6)v2­h为过原点的直线，只说明重物做匀变速直线运动，所受外力为恒力，不确定是否只受重力作用．
题型1|用光电门测速法验证例3 [2021·湖北省荆州中学月考]某同学设计出如图甲所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”．让小球从A点自由下落，下落过程中经过A点正下方的光电门B时，光电计时器记录下小球通过光电门的时间t，已知当地的重力加速度为g.(1)为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪些物理量________．A．小球的质量mB．A、B之间的距离HC．小球从A到B的下落时间tABD．小球的直径d(2)小球通过光电门时的瞬时速度v＝________(用题中所给的物理量表示)．
题型2|用传感器或其他器材测速验证例4 [2021·江苏连云港模拟]某探究小组验证机械能守恒定律的装置如图甲所示，细线一端拴一个小球，另一端连接力传感器(图中未画出)，固定在天花板上，传感器可记录球在摆动过程中细线拉力大小，用量角器量出释放球时细线与竖直方向的夹角θ，用天平测出小球的质量为m.重力加速度为g.
(1)用游标卡尺测出小球直径如图乙所示，读数为________ mm.(2)将小球拉至图甲所示位置，细线与竖直方向夹角为θ，由静止释放小球，发现细线拉力在球摆动过程中做周期性变化．为求出小球在最低点的速度大小，应读取拉力的________(填“最大值”或“最小值”)，其值为F.(3)小球从静止释放运动到最低点过程中，满足机械能守恒的关系式为________________________(用测定物理量的符号表示)．
2mg(1－cs θ)＝F－mg
(4)关于该实验，下列说法正确的有________．A．细线要选择伸缩性小的B．小球尽量选择密度大的C．不必测出小球的质量和细线的长度D．可以直接用弹簧测力计代替力传感器进行实验
解析：(4)为了减小小球做圆周运动的半径的变化，细线要选择伸缩性小的，A正确；为了减小阻力的影响，球尽量选择密度大的，体积小的，B正确；小球从静止释放运动到最低点过程中，满足机械能守恒的关系式为2mg(1－cs θ)＝F－mg，可知应测出小球的质量，而不用测出细线的长度，C错误；如果用弹簧测力计代替力传感器进行实验，由于小球运动过程中会使弹簧伸长，重力势能不能完全转化为动能，所以无法验证机械能守恒定律，且不易读数，D错误．
练2　[2020·山西运城适应性测试]某同学用如图甲所示装置验证机械能守恒定律，将小球a、b分别固定于一轻杆的两端，杆水平且处于静止状态．释放后轻杆逆时针运动，已知重力加速度大小为g.(1)选择实验中使用的遮光条时，用螺旋测微器测量遮光条A的宽度如图乙所示，其读数为_______________________ mm，另一个遮光条B的宽度为0.50 cm，为了减小实验误差，实验中应选用遮光条________(填“A”或“B”)进行实验．
4.800(4.798～4.802之间均可)
(2)若遮光条的宽度用d表示，测出小球a、b质量分别为ma、mb(b的质量含遮光条)，光电门记录遮光条挡光的时间为t，转轴O到a、b两球的距离分别为la、lb，光电门在O点的正下方，不计遮光条长度，如果系统(小球a、b以及杆)的机械能守恒，应满足的关系式为__________________________(用题中测量的字母表示)．
练3　某实验小组利用如图所示的装置验证机械能守恒定律，实验主要步骤如下：①将光电门安装在固定于水平地面上的长木板上；②将细绳一端连在小车上，另一端绕过两个定滑轮后悬挂一钩码，调节木板上滑轮的高度，使该滑轮与小车间的细绳与木板平行；③测出小车遮光板与光电门之间的距离L，接通电源，释放小车，记下小车遮光板经过光电门的时间t；④根据实验数据计算出小车与钩码组成的系统动能的增加量和钩码重力势能的减少量．
(1)根据上述实验步骤，实验中还需测量的物理量有________．A．小车上遮光板的宽度d　　　B．小车的质量m1C．钩码的质量m2 D．钩码下落的时间t′(2)由实验步骤和(1)选项中测得的物理量，可得到系统动能增加量的表达式为________，钩码重力势能减少量的表达式为________________．改变L的大小，重复步骤③、④，若在误差范围内，系统动能的增加量均等于钩码重力势能的减少量，说明该系统机械能守恒．
在某次实验中，某同学没有开启速度传感器，但测出了A、B两点间的距离为L，弹簧的压缩量为x0.重力加速度用g表示，则：(1)滑块从A处到达B处时滑块和小球组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp则可认为系统的机械能守恒．(用题中字母表示)
(2)在实验中，该同学测得M＝m＝1 kg，弹簧的劲度系数k＝100 N/m，并改变A、B间的距离L，作出的x2­L图象如图丙所示，则重力加速度g＝________ m/s2.