机械能守恒及应用-实验探究：验证机械能守恒定律-高三物理一轮总复习课件

算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取
9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，结果保留3位有
效数字)
时刻
t2
t3
t4 t5
速度(m/s) 4.99 4.48 3.98
(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝ __3_._4_8___m/s； (2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝___1_._2_4_J, 动能减少量ΔEk＝___1_._2_8__J； (3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等， 即可验证了机械能守恒定律．由上述计算得
12v2＝gh m
0
mh
然后以12v2 为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据绘出12v2-h 图线．
若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为 g 的直线，
则验证了机械能守恒定律．
【变式训练1】在进行“验证机械能守恒定律”的实验中：
(1)两实验小组同学分别采用了如图甲和乙所
示的装置,采用两种不同的实验方案进行实验。 ①在图甲中下落物体应选择密度__大___(填“大”
一竖直线上。
(1)已知当地的重力加速度为g，则要完成实 验，还需要测量的物理量是____B_C___； A．小球的质量m B．小球下落到每一个速度传感器时的速度 C．各速度传感器与O点之间的竖直距离h D．小球自初始位置至下落到每一个速度传感器时所用的时间t (2)作出v2－h图象，由图象算出其斜率k，当k＝____2_g___时，可以
(3)因为 mgh＝12mv2，所以 v2＝2gh，图 线的斜率是 2g，可得 g＝9.7 m/s2 或 g＝ 9.8 m/s2. 答案 (3)9.7 或 9.8
解析显隐
【跟踪训练】 某同学利用竖直上抛小球的频闪照
片验证机械能守恒定律．频闪仪每隔0.05 s闪光
一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计
Δ成E这p_种__结_<_果__的_E主k(要选原填因“是＞_”_存_“_在_＜_空_”_气_或_阻_“_力_＝__”. )转，解造析
【变式训练】某同学利用如图所示的气垫导轨装置验证系统机
械能守恒定律。在气垫导轨上安装了两光电门1、2，滑块上固 定一遮光条，滑块用细线绕过轻质定滑轮与钩码相连。
解析显隐
(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图所示，相邻 两点之间的时间间隔为0.02 s，请根据纸带计算出B点的速度 大小___1_.3_7___m/s(结果保留二位有效数字)．
点击 放/缩
解析 (2)vB＝A2TC＝1.37 m/s；
解析显隐
(3)该小组内同学们根据纸带算出了相 应点的速度，作出v2/2--h图线如图所 示，请根据图线计算出当地的重力加 速度g＝___9_._7___m/s2(结果保留两位 有效数字)．
第五章 机械能及其守恒定律
实验探究： 验证机械能守恒定律
1.基础知识 2.典例剖析 3.跟踪训练
1.基础知识
实验六 验证机械能守恒定律
【误差分析】 1.减小测量误差的办法:一是测下落距离时都从0点量起,一次将 各打点对应下落高度测量完,二是多测几次取平均值. 2.系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功．故动 能的增加量ΔEk＝mv2/2必定稍小于势能的减少量ΔEp＝mghn， 改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力
(2)某同学采用了图甲所示的方案,选出一条纸带如图示,其中O点为起始
点,A、B、C为三个计数点,打点计时器通以50 Hz交流电,在计数点A和B
之间、B和C之间还各有一个点,重物的质量为0.5 kg,g取9.8 m/s2。根据
以上数据,打B点时重物的重力势能比开始下落时减少了_0_._8_6_7___ J
你认为该小组选择的方案是__甲___，理由是：
乙图实验中，小车和斜面间存在摩擦力的作 用，且不能忽略，小车下滑过程中机械能不
_守__恒_，__不__能__用__来__验_证__机__械__能__守__恒__定_律__._______.
解析 (1)甲,理由是：采用乙图实验 时,由于小车和斜面间存在摩擦力的 作用,且不能忽略,所以小车在下滑过 程中机械能不守恒,故乙图不能用来 验证机械能守恒定律.
注意事项
1．打点计时器要竖直：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．重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料．
3．一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开 纸带让重物下落．
4． 测 长 度 ， 算 速 度 ： 某 时 刻 的 瞬 时 速 度 的 计 算 应 用 vn＝
这时它的动能是__0_._8_5_2__ J;根据上面这两个数据你能得到的结论是：
误__差__允__许__范__围__内__,_重__物__下__落___时__机__械__能__守__恒__。(结果保留三位有效数字)
转 解析
【备选】 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中,电 源的频率为50 Hz，依次打出的点为0,1,2,3，4，…n.则:
考点二 实验的改进与创新
1．实验器材、装置的改进
2．速度测量方法的改进 由光电门计算速度
替代
测量纸带上各点速度
3．实验方案的改进 利用自由落体运动的闪光照片验证机械能守恒定律。
【例2】 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.
注意对实验
装置的熟悉
及实验操作
(1)实验步骤
的掌握.
①将气垫导轨
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
ΔEp＝____m_g_s__(重力加速度为g)． (3)如果ΔEp＝___E_k_2_-E__k1__，则可认为验证了机械能守恒定律．
转 解析
【变式训练2】(2016•河北邯郸模拟)如图为验证小 球做自由落体运动时机械能守恒的装置图。图中O 点为释放小球的初始位置，A、B、C、D各点为固 定速度传感器的位置，A、B、C、D、O各点在同
认为小球在下落过程中系统机械能守恒； (3)写出对减小本实验误差有益的一条建议：
相邻速度传感器之间的距离适当大些(选质量大、体
_积__小__的__小__球_做__实__验__或__多__测__几__次__求__平__均__值__)_______________。 转 解析
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3.跟踪训练
【跟踪训练】某实验小组在做“验证机械能守恒 定律”实验中，提出了如图所示的甲、乙两种方 案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案 为用小车在斜面上下滑进行实验． (1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析， 最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，
dn＋1－dn－1，不能用 2T
vn＝
2gdn或 vn＝gt 来计算．
2. 典例剖析
考点一 实验原理及数据处理
【例1】 (2016·浙江温州十校联合体联考)某同学安装如 图甲所示的实验装置，验证机械能守恒定律。如图乙所 示是该实验得到的一条点迹清晰的纸带，现要取A、B两 点来验证实验，已知电火花计时器每隔0.02 s打一个点。
(12)如下用列第实2验点步到骤第操6点作之合间理的纸排带列来顺验序证是，__A必_D_须_B_C_直E__接F__测_(量填的写物步理骤 量前为面_的第__字2_点_母_到_)．__第__6_点__间__的__距__离__h_26___、第__1_点__到__第__3_点__间__的__距__离__h_1_3、 _必ABC_...接将取_须第_通打下_计5_点电点纸_算_到源计带_出_第，时，_的_7再_器更物点_松_竖换理间_开_直新量的_纸_安纸为距_带_装带_离第__，_在(_h2或__5点让_铁_7将__的重.架_纸_瞬物台_带_时自上_翻_速由_个_度下_面_v落_2)_重、第新__6做_点_实_的_验_瞬__时__速__度__v,6 验D带E..选将证择重的一物表条固达纸定式带在为，纸_m_用带_g_h刻的_2_6＝度一__21尺端_m_测,_v让_26出－_纸_物21_带m_体_穿v_22下_过_落_打. 的点高计度时h器1，,用h2手，提h3着…纸hn, 计算出对应的瞬时速度v1，v2，v3…vn F.分别算出mvn2/2和mghn，在实验误差范围内看是否相等 转 解析
请回答下列问题：
(1)电火花计时器的工作电压是__2__2_0___V。 (2)根据纸带可以判断，实验时纸带的___左_____(填
“左”或“右”)端和重物相连接。
如何判断纸带 的上下端？
(3)若x2＝4.80 cm，则在纸带上打下计数点B时的速度vB＝___1_._2_0__m/s
(计算结果保留三位有效数字)。
或“小”)的重物;在图乙中,两个重物的质量关
系是m1___>___m2(填“＞”、“＝”、“＜”);
②采用图乙的方案进行实验,还需要的实验器材
有交流电源,刻度尺和__天__平____；
点击放大
③比较两种实验方案,你认为图_甲____(选填“甲”或“乙”)所示实验方
案更合理,理由是__图__乙__中__还__受__到__细__线__与__滑__轮__的__阻__力__的__影__响____。
放在水平桌面上,桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平； 点击
②用游标卡尺测量挡光条的宽度l＝9.30 mm；
放/缩
③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝__6_0_.0_0_ 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
(2)算出12mv2B－12mv2A的值．
(3)在实验误差允许的条件下，若 mghAB＝12mv2B－12mv2A成立， 则验证了机械能守恒定律．
规律方法
数据处理的方法
方法三：图象法． 从纸带上选取多个点，
v2/2 n
测量从第一点到其余各点的下落高度 h，
? 并计算各点速度的平方 v2， n g
12mv2＝mgh
(物4)理若量x1数为据__也__A_已、__测B__出之__，间__则的__实距__验离__还或__需h_A_测B__出_。的
怎样求解纸带上某计 数点的速度？
实验需要确定重力势能， 应测量量哪个量？
(5)经过测量计算后，某同学画出了如图 丙所示的E－h图线，则图中表示动能
随 高 度 变 化 的 曲 线 为图__线__B____( 填 “ 图
规律方法
数据处理的方法
方法一：用12mv2＝mgh 验证时，利用起始点和第 n 点计算．
如果在实验误差允许的条件下，mghn 和12mv2n相等， 则验证了机械能守恒定律．
方法二：用12mv2B－12mv2A＝mgΔh 验证时，任取两点计算 (1)任取两点 A、B 测出 hAB，算出 mghAB.
线A”或“图线B”)。
解析 (2)从纸带上可发现从左到右,相邻的计数 点的距离越来越大,说明速度越来越大,与重物相 连接的纸带先打出点,速度较小,故实验时纸带的左端通过夹子和重物相连接。 (3)因纸带随重物一起做匀加速直线运动,所以根据匀变速直线运动的推论得:打 出 B 点时纸带运动的瞬时速度为 vB＝2xT2 ＝00.0.0448 m/s＝1.20 m/s。 (4)若 x1 数据已测出，则可求出在纸带上打下计数点 A 时的速度，进而可求出 A、 B 两点动能的变化量，要验证机械能守恒定律，则还要求出重力势能的变化量， 所以还要测出 A、B 之间的距离 hAB。 (5)因重物在下落过程中做匀加速直线运动,所以高度越来越小,速度越来越大, 动能越来越大,故图丙中表示动能随高度变化的曲线为图线 B。 答案 (1)220 (2)左 (3)1.20 (4)A、B 之间的距离或 hAB (5)图线 B解析显隐
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.
(2)用表示直接测量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＝__l_/Δ_t_1___和
v2＝__l_/_Δ_t2___.
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＝_______12_(_M_＋__m_)__Δl_t1_ _2____和Ek2＝ ______12_(_M_＋__m_)__Δl_t2_ _2____.