2022届新高考一轮复习人教版 第五章 实验七　验证机械能守恒定律 课件（57张）

这是一份2022届新高考一轮复习人教版 第五章 实验七　验证机械能守恒定律 课件（57张），共57页。PPT课件主要包含了实验原理与要求等内容，欢迎下载使用。

一、实验目的1．掌握验证机械能守恒定律的方法。2．会用计算法或图象法处理实验数据。
[基本实验要求]1．实验原理通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。2．实验器材打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根。
3．实验步骤(1)安装器材：将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与交流电源相连。(2)打纸带用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器下方附近，先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点，取下纸带，换上新的纸带重复上述步骤多打几条(3～5条)纸带。
4．实验结论在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒。
命题点一　教材原型实验 　实验原理与操作[典例1]　(2021·河南四校联考)如图甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置。现有器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重物、天平。
[答案]　(1)AD　(2)1.75　(3)重物的初速度为零　2 mm
易错警示实验操作3点注意(1)重物要靠近打点计时器。(2)纸带要保持竖直。(3)先接通电源再放开纸带。　
　数据处理与分析[典例2]　如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。
(1)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，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以频率为50 Hz的交流电源。用分度值为1 mm的刻度尺测得OA＝12.41 cm，OB＝18.90 cm，OC＝27.06 cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为1.00 kg，g＝9.80 m/s2。甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打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，重锤的动能比开始下落时增加了________ J。(结果均保留三位有效数字)
[答案]　(1)1.85　1.83　1.67(2)①B　②先释放了纸带，再接通打点计时器的电源
命题点二　实验创新设计　实验器材创新[典例3]　某同学做验证机械能守恒定律的实验，实验装置如图甲所示。测量出光电门到放在试管夹上质量为m＝0.1 kg的小铁球重心的竖直距离为x；打开试管夹，由静止释放小铁球，小球经过正下方的固定在铁架台上的光电门时，与光电门连接的传感器可以记录小铁球经过光电门的时间。
(1)用螺旋测微器测得小铁球直径如图乙所示，其直径D＝_______mm。(2)从与光电门连接的传感器上读出小铁球经过光电门的时间t＝2 ms，小铁球经过光电门时的速度v＝________m/s，则小铁球经过光电门时的动能Ek＝________J。(两空计算结果均保留两位有效数字)(3)某同学多次改变光电门的位置，测量出光电门到小铁球重心的竖直距离x，并计算出小铁球经过光电门时的速度v，通过描绘v2-x图象去验证机械能是否守恒。若实验中小铁球所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从理论上分析，合理的v2-x图象是下图中的________。
[答案]　(1)8.478(8.476～8.479均可)　(2)4.2　0.88　(3)A
创新评价本题的创新点主要是用光电门测定小球下落到B点的速度替代利用纸带求速度。
　实验设计创新[典例4]　用如图甲实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打下的点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示。已知m1＝50 g、m2＝150 g，则：
(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝________m/s。(2)在计数点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝________J。为了简化计算，g取10 m/s2，则系统势能的减少量ΔEp＝________J。(3)实验结果显示ΔEp________ΔEk。
(3)实验结果显示ΔEp＞ΔEk，那么造成这一现象的主要原因是空气阻力、纸带与限位孔的阻力、滑轮轴间阻力做负功，使系统重力势能的减少量大于系统动能的增加量。[答案]　(1)2.4　(2)0.576　0.60　(3)>
创新评价本题的创新点在于利用系统机械能守恒代替单个物体的机械能守恒。　
[典例5]　气垫导轨是一种常用的实验仪器，它利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，此时滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。现利用气垫导轨来研究功能关系。如图甲所示，在气垫导轨的左端固定一轻质弹簧，轨道上有滑块A紧靠弹簧但不连接，滑块的质量为m，重力加速度为g。
创新评价本题的创新点在于由能量转化和守恒测量弹簧做功或动摩擦因数。每次都由P释放，则每次弹簧弹性势能都相同，弹簧对滑块做功相同，结合弹性势能与内能间的转化测动摩擦因数。　
1．(2021·江苏扬州高三调研)图甲是某同学验证机械能守恒定律的实验装置，提供的器材如下：铁架台、电磁打点计时器、学生电源、导线若干、纸带、重锤、夹子，已知重锤的质量为1 kg，当地的重力加速度g＝9.8 m/s2。
(1)该同学还应补充的实验器材是________。(2)该同学正确操作得到的一条纸带如图乙所示，O点对应重锤做自由下落的初始位置，该同学从合适位置开始选取了三个连续的计数点A、B、C，OB距离已在图中标出，该同学选择OB段来验证重锤的机械能是否守恒，则他还需________。A．仅测量AC段的长度B．仅测量AB段的长度C．仅测量OC段的长度D．仅测量OA段的长度(3)根据图乙中的纸带，可求得重锤在OB段重力势能减少了________J(结果保留3位有效数字)。
解析：(1)在实验中需要刻度尺测量纸带上点与点间的距离以及纸带上两点的距离。(2)该同学选择OB段来验证重锤的机械能是否守恒，需要知道位移的同时还需要知道末速度，所以根据匀变速直线运动的规律，需要测量AC的长度，然后计算出B点的速度即可，故选A。(3)根据纸带的数据得，重锤重力势能减少ΔEp＝mghOB＝1×9.8×0.122 8 J≈1.20 J。答案：(1)刻度尺　(2)A　(3)1.20
2．(2021·福建福州期末)某同学用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。实验中，让滑块都从气垫导轨某一固定位置O由静止开始下滑，已测得气垫导轨倾角为θ。
(1)下列物理量不需要测量的是________。A．滑块和挡光片的总质量MB．光电门位置P到O点之间的距离lC．挡光片通过光电门遮光时间ΔtD．挡光片的宽度d(2)先用游标卡尺测出挡光片的宽度，读数如图乙所示，则宽度d＝________mm。
(3)若某次实验中测出宽度d＝10.00 mm，挡光片通过光电门遮光时间Δt＝5.75 ms，则滑块通过光电门的速度v＝________m/s(计算结果保留三位有效数字)。(4)根据直接测量的物理量，经过计算分析就可以验证滑块和挡光片整体下滑过程中机械能是否守恒。
答案：(1)A　(2)10.20　(3)1.74
3．(2021·北京昌平区高三上学期期末)利用如图甲所示装置做“验证机械能守恒定律”实验：
(1)通过比较重物在某两点间动能增加量ΔEk与重力势能减少量ΔEp就能验证机械能是否守恒。实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。重物的质量用m表示，已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。从打O点到打B点的过程中，重物的ΔEp＝________，ΔEk＝________。(2)某同学采用上述实验方法进行实验，最终得到ΔEp与ΔEk并不完全相等，请简述原因___________________________________。
4．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示。
(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平；②用游标卡尺测量挡光条的宽度l＝9.30 mm；③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝________cm；④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通过光电门2；
 ⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。
解析：(1)由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝80.30 cm－20.30 cm＝60.00 cm。答案：(1)③60.00(59.96～60.04都正确)
(2)用直接测得量的字母写出下列所示物理量的表达式：①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________。②当滑块通过光电门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＝________________。③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝________(重力加速度为g)。(3)如果ΔEp＝________，则可认为验证了机械能守恒定律。