2015步步高物理大一轮复习第五章 实验六
高中物理(人教)一轮复习课件：第五章 能量和动量 实验六 验证机械能守恒定律
(2)利用12v2-h 图线处理数据，物体自由下落过程中机械能守 恒，mgh＝12mv2，即12v2＝gh，所以以12v2 为纵轴，以 h 为 横轴，画出的图线应是过原点的倾斜直线。那么12v2-h 图线 的斜率就等于重力加速度 g。 答案：(1)BCD (2)过原点的倾斜直线 重力加速度
2. (2016·北京高考)利用如图甲装置做“验证机
A．交流电源
B．刻度尺
C．天平(含砝码)
(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图乙所示的一条 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。已知当地重力加速度 为 g，打点计时器打点的周期为 T。设重物的质量为 m。从打 O 点到打 B 点的过程中，重物的重力势能变化量 ΔEp＝ ____________，动能变化量 ΔEk＝__________。
4．(2017·淮安月考)用自由落体验证机械能守恒定律，器材 安装如图甲。
(1)请指出图甲中的错误及不妥之处(至少写出两处)： ①_____________________________________________； ②___________________________________________。
实验六 验证机械能守恒定律
一、实验目的 验证机械能守恒定律。
二、实验器材 铁架台(含铁夹)、打点计时器 、学生电源(交流 4～6 V)、
纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、 重物 (带纸带夹)。
突破点(一) 实验原理与操作
[典例 1] 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：
(2)在验证机械能守恒定律的实验中，若以12v2 为纵轴，以 h 为 横轴，根据实验数据绘出12v2-h 的图像应是________才能验证 机械能守恒定律。12v2-h 图像的斜率等于________的数值。
高考物理一轮总复习 必修部分 第5章 机械能及其守恒定
实验6 验证机械能守恒定律1.[2013·课标全国卷Ⅱ]某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图(a)所示。
向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平地面。
通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。
回答下列问题：(1)(多选)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能E p 与小球抛出时的动能E k 相等。
已知重力加速度大小为g 。
为求得E k ，至少需要测量下列物理量中的________(填正确答案标号)。
A ．小球的质量mB ．小球抛出点到落地点的水平距离sC ．桌面到地面的高度hD ．弹簧的压缩量ΔxE ．弹簧原长l 0(2)用所选取的测量量和已知量表示E k ，得E k ＝______。
(3)图(b)中的直线是实验测量得到的s Δx 图线。
从理论上可推出，如果h 不变，m 增加，s Δx 图线的斜率会________(填“增大”“减小”或“不变”)；如果m 不变，h 增加，s Δx 图线的斜率会________(填“增大”“减小”或“不变”)。
由图(b)中给出的直线关系和E k 的表达式可知，E p 与Δx 的________次方成正比。
答案 (1)ABC (2)mgs 24h(3)减小 增大 2解析 (1)小球抛出时的动能E k ＝12mv 20，要求得v 0需利用平抛知识，s ＝v 0t ，h ＝12gt 2。
根据s 、h 、g ，求得v 0＝sg2h，因此，需测量小球质量m 、桌面高度h 及落地水平距离s 。
(2)小球抛出时的动能E k ＝12mv 20＝mgs24h 。
(3)弹簧的弹性势能E p ＝E k ＝12mv 20＝mgs24h即s ＝2hE p mg，根据题给的直线关系可知，s 与Δx 成正比，而E p 与s 2成正比，故E p 应与Δx 的2次方成正比，则s ∝2hmgΔx ，s Δx 图线的斜率正比于hmg，如果h 不变，m 增加，s Δx 图线的斜率将会减小；如果m 不变，h 增加，则s Δx 图线的斜率会增大。
《名师面对面》高考物理大一轮复习课件：第5章 第6讲实验六：验证机械能守恒定律
第6讲 实验六：验证机械能守恒定律
一、实验目的 验证机械能守恒定律． 二、实验原理 1．在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能 和动能互相转化，但总的机械能保持不变．若物体某时刻瞬时 速度为 v，下落高度为 h，则重力势能的减少量为 mgh，动能 的增加量为12mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等， 若相等则验证了机械能守恒定律．
答案 (1)甲 因为这个方案摩擦阻力小，误差小，操作方 便，实验器材少
(2)4.8 m/s2 乙 因为物体运动的加速度比重力加速度小 很多
(3)BC
中：
用自由落体法验证机械能守恒定律的实验
(1)
运
用
公
式
1 2
mv2
＝
mgh
对 实 验 条 件 的 要 求 是 ________
______________________________，为此，所选择的纸带第 1,2
五、数据处理
方法一：利用起始点和第 n 点计算．代入 ghn 和12v2n，如果 在实验误差允许的范围内，ghn 和12v2n相等，则验证了机械能守 恒定律．
方法二：任取两点计算 (1)任取两点 A、B 测出 hAB，算出 ghAB； (2)算出12v2B－12v2A的值； (3)在实验误差允许的范围内，若 ghAB＝12v2B－12v2A成立，则 验证了机械能守恒定律．
图 5－6－6
(3)根据纸带算出各相关点的速度 v，量出下落的距离 h， 以v22为纵轴，以 h 为横轴画出的图线应是图中的_______，就证 明机械能是守恒的，图象的斜率代表的物理量是_________．
A
B
C
D
【答案】(1)在打第一个点时，重锤恰好由静止开始下落
步步高高考物理一轮复习(新课标)配套题库：实验6验证机械能守恒定律
实验六验证机械能守恒定律考纲解读 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．考点一对实验原理与实验步骤的考查例1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：(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为________、________、________，必须计算出的物理量为________、________，验证的表达式为________．(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是________(填写步骤前面的字母)．A ．将打点计时器竖直安装在铁架台上B ．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落C ．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻转)重新做实验D ．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带E ．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h 1、h 2、h 3…h n ，计算出对应的瞬时速度v 1、v 2、v 3…v nF ．分别算出12m v 2n和mgh n ，在实验误差允许的范围内看是否相等解析 (1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物运动的过程中机械能守恒，应测出第2点到第6点的距离h 26，要计算第2点和第6点的瞬时速度v 2和v 6，必须测出第1点到第3点之间的距离h 13和第5点到第7点之间的距离h 57，机械能守恒的表达式为mgh 26＝12m v 26－12m v 22. (2)实验操作顺序为ADBCEF.答案 (1)第2点到第6点之间的距离h 26 第1点到第3点之间的距离h 13 第5点到第7点之间的距离h 57第2点的瞬时速度v 2 第6点的瞬时速度v 6 mgh 26＝12m v 26－12m v 22 (2)ADBCEF考点二 对实验数据处理和注意问题的考查例2 某同学用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，可以提供输出电压为6 V 的交流电和直流电，交流电的频率为50 Hz.重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律．图1(1)他进行了下面几个操作步骤： A ．按照图示的装置安装器件；B ．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C ．用天平测出重锤的质量；D ．先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；E ．测量纸带上某些点间的距离；F ．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能． 其中没有必要进行的步骤是__________，操作不当的步骤是__________．(2)这位同学进行正确操作后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图2所示．其中O 点为起始点，A 、B 、C 、D 、E 、F 为六个计数点．根据纸带上的测量数据，当打B 点时重锤的速度为________ m/s.(保留3位有效数字)图2(3)他继续根据纸带算出各点的速度v ，量出下落距离h ，并以v 22为纵轴、以h 为横轴画出的图象，应是图中的________．(4)他进一步分析，发现本实验存在较大误差，为此对实验设计进行了改进，用如图3所示的实验装置来验证机械能守恒定律：通过电磁铁控制的小铁球从A 点自由下落，下落过程中经过光电门B 时，通过与之相连的毫秒计时器(图中未画出)记录挡光时间t ，用毫米刻度尺测出AB 之间的距离h ，用游标卡尺测得小铁球的直径d .重力加速度为g .实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．则小铁球通过光电门时的瞬时速度v ＝________.如果d 、t 、h 、g 存在关系式________，就可验证机械能守恒定律．图3(5)比较两个方案，改进后的方案相比原方案的最主要的优点是：_____________. 答案 (1)C B (2)1.84 (3)C (4)d t d 22t2＝gh(5)消除了纸带与打点计时器的摩擦影响，提高了测量的精确度，减小了实验误差创新实验设计本实验也可选用其他实验器材进行实验，只要能达到验证机械能守恒的目的即可，如可利用气垫导轨和滑块进行实验，需验证的表达式为mgs ＝12(M ＋m )g (d Δt 2)2－12(M ＋m )(d Δt 1)2，也可利用摆球进行实验，需验证的表达式为mgh ＝12m v 2. 例3 利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图4所示：图4(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 ，结果如图5所示，由此读出l ＝________ mm ；图5③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x ＝______ 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Δt 1和Δt 2；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v 1＝________和v 2＝________. 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E k1＝__________和E k2＝__________.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ΔE p ＝________(重力加速度为g )．(3)若ΔE p ＝________，则可认为验证了机械能守恒定律．解析 (1) ②游标尺读数时不必估读，挡光条的宽度l ＝9.0 mm ＋0.05 mm ×6＝9.30 mm.③两光电门中心之间的距离x ＝80.30 cm －20.30 cm ＝60.00 cm.(2)①由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度可当作瞬时速度，即v 1＝l Δt 1和v 2＝lΔt 2.②通过光电门1和光电门2时，系统总动能分别为 E k1＝12(M ＋m )v 21＝12(M ＋m )(l Δt 1)2E k2＝12(M ＋m )v 22＝12(M ＋m )(l Δt 2)2 ③系统势能的减少ΔE p ＝mgx ；(3)在实验误差允许范围内，系统重力势能的减少量等于动能的增加量，即ΔE p ＝ΔE k ＝E k2－E k1.答案 (1)②9.30 ③60.00(59.98～60.02之间都对) (2)①l Δt 1 l Δt 2 ②12(M ＋m )(lΔt 1)2 12(M ＋m )(l Δt 2)2 ③mgx (3)E k2－E k127.力学实验原理与方法的迁移应用力学实验题目各省市几乎每年都考．特点是实验目的明确，实验原理千差万别，实验数据处理方法各种各样，但不管怎样，这些题都是以课本上的分组实验为原型，实验器材的使用、常用实验方案模型也是固定不变的．在做题时，应注意以下几点：(1)找原型：把课本中的实验原型或者相关的物理理论知识在头脑中完整、准确地重现出来．(2)找差别：将实验中所给器材与实验原型中器材进行对比，看一下少了什么器材或什么器材的量程不满足要求，再看一下“多给”了什么器材，注意“多给”的器材往往就是解决问题的关键．(3)析原理：要根据题意，认真分析题目所提供的该实验的原理是什么，思考出题人想通过怎样的方法、手段、步骤达到该实验的目的，并与实验原型相比较，找出达到实验目的的方法．(4)重方法：对于实验数据处理的方法基本是固定不变的，注意借鉴使用．例4 现要通过实验验证机械能守恒定律，实验装置如图6所示．水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A 点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M ，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m 的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上的B 点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t .用d 表示A 点到导轨底端C 点的距离，h 表示A 与C 的高度差，b 表示遮光片的宽度，x 表示A 、B 两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B 点时的瞬时速度，用g 表示重力加速度．完成下列填空和作图：图6(1)若将滑块自A 点由静止释放，则在滑块从A 运动至B 的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为__________，动能的增加量可表示为__________．若在运动过程中机械能守恒，1t 2与x 的关系式为1t 2＝____________.(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点(A 点)下滑，测量相应的x 与t 值．结果如下表所示：以x 为横坐标，1t 2为纵坐标，在图7所示坐标纸中描出第1个和第5个数据点(其余3个点已作出)；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k ＝__________×104 m －1·s －2(保留3位有效数字)．图7由测得的h 、d 、b 、M 和m 数值可以计算出1t 2－x 直线的斜率k 0，将k 和k 0进行比较，若其差值在实际允许的误差范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律． 解析 (1)当M 沿斜面向下运动距离x 时，下落的高度为h ′，则h d ＝h ′x ，所以h ′＝hd x .所以系统重力势能的减小量ΔE p ＝Mgh ′－mgx ＝(Mgh d －mg )x ，动能的增加量ΔE k ＝12(M＋m )v 2，v ＝b t ，所以ΔE k ＝12(M ＋m )b 2t2，根据机械能守恒，有ΔE p ＝ΔE k ，即⎝⎛⎭⎫Mgh d －mg x ＝12(M ＋m )b 2t 2，所以1t 2＝2(Mgh －mgd )(M ＋m )b 2d x .(2)如图所示，1t2－x 图象是一条倾斜直线，直线的斜率k ＝2.43×104 m －1·s －2.答案 (1)⎝⎛⎭⎫Mgh d －mg x 12(M ＋m )b 2t 2 2(Mgh －mgd )(M ＋m )b 2d x(2)图象见解析图 2.43(2.30～2.60均可)1．关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法正确的是 ( )A ．实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越少，误差就越小B ．实验时需称出重物的质量C ．纸带上第1、2两点间距若不接近2 mm ，则无论怎样处理实验数据，实验误差都一定较大D ．处理打点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法 答案 D解析 A 选项中，纸带过短，长度测量的相对误差较大，故A 错误；由12m v 2＝mgh 知，只需验证12v 2＝gh 即可，不必测重物质量，故B 错；对C 选项中的纸带，可选点迹清晰、距离合适的任意两点M 、N ，通过计算ΔE k ＝12m v 2N －12m v 2M 与mgh MN 比较，实验误差不一定大，故C 错误；由于自由落体加速度较大，因此除去1、2两点距离可能很小，其他相邻两点间的距离均大于或远大于2 mm ，用毫米刻度尺测量完全可以，不必采用“计数点”法，故D 正确．2．“验证机械能守恒定律”的实验装置可以采用如图8所示的甲或乙方案来进行．图8(1)比较这两种方案，________(填“甲”或“乙”)方案好些．(2)该同学开始实验时情形如图丙所示，接通电源释放纸带．请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误或不当的地方：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________. (3)该实验中得到一条纸带，且测得每两个计数点间的距离如图丁所示．已知相邻两个计数点之间的时间间隔T ＝0.1 s ．则物体运动的加速度a ＝__________；该纸带是采用________(填“甲”或“乙”)实验方案得到的．答案 (1)甲 (2)①打点计时器接了直流电源 ②重物离打点计时器太远 (3)4.8 m/s 2 乙解析 由Δx ＝aT 2，利用逐差法得到物体运动的加速度a ＝4.8 m/s 2.若用自由落体实验测得物体运动的加速度a 应该接近10 m/s 2，所以该纸带是采用乙实验方案得到的． 3．在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知电磁打点计时器所用的电源的频率为50 Hz ，查得当地的重力加速度g ＝9.80 m/s 2，测得所用的重物质量为1.00 kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带(如图9所示)，把第一个点记作O ，另选连续的四个点A 、B 、C 、D 作为测量的点，经测量知道A 、B 、C 、D 各点到O 点的距离分别为62.99 cm 、70.18 cm 、77.76 cm 、85.73 cm.图9(1)根据以上数据，可知重物由O 点运动到C 点，重力势能的减少量等于______ J ，动能的增加量等于________ J ．(结果取三位有效数字)(2)根据以上数据，可知重物下落时的实际加速度a ＝________ m/s 2，a ________g (填“大于”或“小于”)，原因是________________________________________________________________________. 答案 (1)7.62 7.57 (2)9.75 小于 重物受空气阻力，纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力解析 (1)由题意知重物由O 点运动至C 点，下落的高度为h C ＝77.76 cm ＝0.777 6 m ，m ＝1.00 kg ，g ＝9.80 m/s 2，所以重力势能的减少量为ΔE p ＝mgh C ＝1.00×9.80×0.777 6 J ≈7.62 J.重物经过C 点时的速度v C ＝BD 2T ＝OD －OB 2T又因为T ＝0.02 s 、OD ＝85.73 cm ＝0.857 3 m 、OB ＝70.18 cm ＝0.701 8 m 所以v C ＝0.857 3－0.701 82×0.02 m/s ≈3.89 m/s故重物动能的增加量ΔE k 为ΔE k ＝12m v 2C ＝12×1.00×3.892J ≈7.57 J (2)根据CD －AB ＝2aT 2，CD ＝OD －OC ，AB ＝OB －OA ，代入数据得a ＝9.75 m/s 2<g . 实验中重物受空气阻力，纸带受限位孔或打点计时器振针的阻力作用，导致a <g . 4．图10甲是验证机械能守恒定律的实验．小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定，将轻绳拉至水平后由静止释放．在最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间Δt ，再用游标卡尺测出小圆柱的直径d ，如图乙所示，重力加速度为g .则：图10(1)小圆柱的直径d ＝________ cm.(2)测出悬点到圆柱重心的距离l ，若等式gl ＝________成立，说明小圆柱下摆过程中机械能守恒．(3)若在悬点O 安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力F ，则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是________(用文字和字母表示)．若等式F ＝________成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式． 答案 (1)1.02 (2)12(d Δt )2 (3)小圆柱的质量m mg ＋m d 2l (Δt )2解析 (1)小圆柱的直径d ＝1.0 cm ＋2×0.1 mm ＝1.02 cm.(2)根据机械能守恒定律得：mgl ＝12m v 2，所以只需验证gl ＝12v 2＝12(dΔt )2，就说明小圆柱下摆过程中机械能守恒．(3)若测量出小圆柱的质量m ，则在最低点由牛顿第二定律得F －mg ＝m v 2l ，若等式F ＝mg ＋m d 2l (Δt )2成立，则可验证小圆柱在最低点的向心力公式．5．某实验小组利用图11甲装置做“验证机械能守恒定律”实验，图乙是他们选择的一条较理想的纸带，O 点是打点计时器打出的第一个点，计数点A 、B 、C 、D 、E 、F 是纸带上相邻的点．他们测出了各点与O 点的距离h 后做出了必要的计算，测量和计算的记录见下表(计数点的速度用v 表示)甲乙图11(1)(2)计数点D、E、F与O点之间的距离分别是h D、h E、h F表示，打点计时器的打点周期用T表示，则打下计数点E时纸带的速度v E＝____(用符号表示)，重物运动的加速度a ＝____(用符号表示)．(3)该小组的同学在坐标纸上建立如图12所示坐标系，标出了各组测量数据的坐标点，并在坐标系中画出v2－h图线．由图线可以判断计数点____的测量误差较大(填写计数点名称)，据图线得到重力加速度g测＝____m/s2(保留三位有效数字)．图12(4)下列判断中正确的是() A．在误差允许的范围内，该实验小组达到了实验目的B．该地的重力加速度比g测偏大C．他们实验操作过程中是先释放纸带然后再闭合打点计时器开关D ．实验过程中阻力引起的误差属于系统误差 答案 (1)C (2)h F －h D 2T h F ＋h D －2h ET 2(3)E 9.79(9.75～9.83) (4)ABD解析 (1)测量某点到O 点距离h 的记录中不合理的一组是C ：12.4，因为该数据没有估读．(2)根据某段时间的平均速度等于中点时刻的瞬时速度，v E ＝v DF＝h F －h D 2T根据Δx ＝aT 2得：a ＝Δx T 2＝EF －DE T 2＝(h F －h E )－(h E －h D )T 2＝h F ＋h D －2h ET 2(3)由题图可以看出第5组数据(计数点E )偏离直线较远，误差较大． 若该过程机械能守恒，则有mgh ＝12m v 2所以v 2＝2ghv 2－h 图象中，图线的斜率为2g ，即g 为斜率的一半，由图线可知g ＝k2＝9.79 m/s 2(4)根据高中实验的要求，查阅当地重力加速度，由于实验测得的g 值近似等于当地重力加速度，所以公式mgh ＝12m v 2成立，即验证了机械能守恒定律，A 正确．由于空气阻力和摩擦阻力的存在，有一部分机械能转化为内能，测得的g 值应偏小，B 正确．该误差使得测量结果总是偏小，不是操作不当引起的，属系统误差，D 正确． 6．某课外活动小组利用竖直上抛运动验证机械能守恒定律．图13(1)某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径，读数如图13甲所示，小球直径为________cm.图乙所示弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A 、B ，计时装置测出小球通过A 、B 的时间分别为2.55 ms 、5.15 ms ，由此可知小球通过光电门A 、B 时的速度分别为v A 、v B ，其中v A ＝________m/s.(2)用刻度尺测出光电门A 、B 间的距离h ，已知当地的重力加速度为g ，只需比较________________(用题目中涉及的物理量符号表示)是否相等，就可以验证机械能是否守恒．(3)通过多次实验发现，小球通过光电门A 的时间越短，(2)中要验证的两数值差越大，试分析实验中产生误差的主要原因是________________________________．答案 (1)1.02 4(4.0或4.00也对) (2)gh 和v 2A 2－v 2B2 (3)小球上升过程中受到空气阻力的作用，速度越大，所受阻力越大解析 本题考查“验证机械能守恒定律”的实验，意在考查学生对实验的掌握情况． (1)由游标卡尺的读数方法d ＝主尺读数＋游标尺的读数，注意分度，读得小球直径为1.02 cm ，小球通过光电门可近似认为做匀速直线运动，所以v A ＝d t A ＝1.02 cm2.55 ms ＝4 m/s ；(2)在验证机械能守恒定律时，要看动能的减少量是否等于势能的增加量，即gh ＝v 2A2－v 2B 2； (3)小球通过A 的时间越短，意味着小球的速度越大，而速度越大受到的空气阻力就越大，损失的能量越多，动能的减少量和势能的增加量差值就越大．。
(新课标)高考物理一轮复习 第五章 机械能 实验六 验证机械能守恒定律教案-人教版高三全册物理教案
实验六 验证机械能守恒定律[基本要求][数据处理]方法一：利用起始点和第n 点计算代入gh n 和12v 2n ，如果在实验误差允许的情况下，gh n ＝12v 2n ，那么验证了机械能守恒定律.方法二：任取两点计算(1)任取两点A 、B ，测出h AB ，算出gh AB . (2)算出12v 2B －12v 2A 的值.(3)在实验误差允许的情况下，假设gh AB ＝12v 2B －12v 2A ，那么验证了机械能守恒定律.方法三：图象法从纸带上选取多个点，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v 2，然后以12v 2为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出12v 2h 图线，假设在误差允许的X 围内图象是一条过原点且斜率为g 的直线，那么验证了机械能守恒定律.[误差分析]1.减小测量误差：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.误差来源：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ΔE k ＝12mv 2n 必定稍小于重力势能的减少量ΔE p ＝mgh n ，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减少阻力.[须知]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v n ＝h n ＋1－h n －12T，不能用v n ＝2gh n 或v n＝gt 来计算.考向1 对实验原理和操作的考查[典例1] (2017·某某六校模拟)用如下图的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为学生电源，输出电压有交流电和直流电两种.重锤从高处由静止开始下落，打点计时器在重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对图中纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.(1)以下几个操作步骤中： A.按照图示，安装好实验装置；B.将打点计时器接到电源的“交流输出〞上；C.用天平测出重锤的质量；D.先释放重锤，后接通电源，纸带随着重锤运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点；E.测量纸带上某些点间的距离；F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能. 没有必要的是，操作错误的选项是.(填步骤前相应的字母)(2)使用质量为m 的重锤和打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，在选定的纸带上依次取计数点如下图，纸带上所打的点记录了重锤在不同时刻的位置，那么纸带的(填“左〞或“右〞)端与重锤相连.设打点计时器的打点周期为T ，且0为打下的第一个点.当打点计时器打点“3〞时，重锤的动能表达式为，假设以重锤的运动起点0为参考点，当打点“3〞时重锤的机械能表达式为.[解析] (1)在此实验中不需要测出重锤的质量，所以选项C 没必要；在实验室应该先接通电源，再释放纸带，所以选项D 错误.(2)因为是自由落体运动，下落的距离应该是越来越大，所以纸带最左端与重锤相连.打点“3〞时的瞬时速度v 3＝x 4－x 22T， 重锤动能的表达式 E k ＝12mv 23＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫x 4－x 22T 2＝m x 4－x 2〕28T2， 重锤重力势能的表达式E p ＝－mgx 3， 重锤机械能的表达式E ＝E p ＋E k ＝－mgx 3＋m x 4－x 2〕28T2. [答案] (1)C D (2)左 m x 4－x 2〕28T 2 －mgx 3＋m x 4－x 2〕28T21.安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力.2.选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小.3.释放纸带前要保持纸带竖直、静止不动，先接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放纸带.考向2 对数据处理及误差的考查[典例2] (2016·新课标全国卷Ⅰ)某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20 Hz 、30 Hz 和 40 Hz.打出纸带的一部分如图(b)所示.图(a) 图(b)该同学在实验中没有记录交流电的频率f ，需要用实验数据和其他题给条件进行推算. (1)假设从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f 和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B 点时，重物下落的速度大小为，打出C 点时重物下落的速度大小为，重物下落的加速度大小为.(2)已测得s 1＝8.89 cm ，s 2＝9.50 cm ，s 3＝10.10 cm ；当地重力加速度大小为9.80 m/s 2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出f 为Hz.[解析] (1)利用做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得打点计时器打出B 点时重物下落的速度v B ＝s 1＋s 22T ＝s 1＋s 2〕f2；打出C 点时重物下落的速度v C ＝s 2＋s 32T ＝s 2＋s 3〕f2.根据加速度的定义，重物下落的加速度大小为a ＝v C －v B T ＝(v C －v B )f ＝s 3－s 1〕f 22.(2)根据题述，重物下落受到的阻力为0.01mg ，由牛顿第二定律得，mg －0.01mg ＝ma ，解得a ＝0.99g .由s 3－s 1〕f 22＝0.99g ，解得f ＝40 Hz.[答案] (1)s 1＋s 2〕f 2s 2＋s 3〕f 2s 3－s 1〕f 22(2)40“验证机械能守恒定律〞实验题多是对教材实验或常见练习题进行器材和装置的改换而成，解决此类问题的思路是从机械能守恒的方程出发，按照实验题目的要求，进行实验的设计或有关量的测量.考向3 实验创新与改进本实验可从以下三个方面改进创新 1.实验器材、装置的改进――→替代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.[典例3] (2016·某某卷)某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律.一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A 点.光电门固定在A 的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d 的遮光条.将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t 可由计时器测出，取v ＝dt作为钢球经过A 点时的速度.记录钢球每次下落的高度h 和计时器示数t ，计算并比较钢球在释放点和A 点之间的势能变化大小ΔE p 与动能变化大小ΔE k ，就能验证机械能是否守恒.甲 乙(1)用ΔE p ＝mgh 计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h 应测量释放时的钢球球心到之间的竖直距离.A.钢球在A 点时的顶端B.钢球在A 点时的球心C.钢球在A 点时的底端(2)用ΔE k ＝12mv 2计算钢球动能变化的大小.用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图乙所示，其读数为cm.某次测量中，计时器的示数为0.010 0 s.那么钢球的速度为v ＝m/s.(3)下表为该同学的实验结果：ΔE p (×10－2J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 ΔE k (×10－2 J)5.0410.115.120.029.8他发现表中的ΔE p 与ΔE k 之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的.你是否同意他的观点？请说明理由.(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议.[解析] (1)要测量钢球下落的高度，应测量开始释放时钢球的球心到钢球在A 点时球心的竖直距离，选B.(2)根据题图可知，遮光条的宽度为d ＝1.50 cm ，假设计时器的示数为 0.0100 s ，那么钢球的速度v ＝d t ＝1.50×10－20.010 0m/s ＝1.50 m/s.(3)由于空气阻力的存在，钢球下落过程中克服空气阻力做功，因此动能的增加量会小于重力势能的减少量，而题中表格数值说明动能的增加量大于重力势能的减少量，显然误差不是由于空气阻力造成的，而是由遮光条在钢球的下面，测得的速度比钢球的实际速度大造成的.(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L 和l ，计算ΔE k 时，将v 折算成钢球的速度v ′＝lLv .[答案] (1)B (2)1.50(1.49～1.51都算对) 1.50(1.49～1.51都算对) (3)不同意，因为空气阻力会造成ΔE k 小于ΔE p ，但表中ΔE k 大于ΔE p . (4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L 和l ，计算ΔE k 时，将v 折算成钢球的速度v ′＝l Lv .[典例4] (2017·某某某某高三冲刺卷)用如图甲所示的实验装置验证m 1、m 2组成的系统机械能守恒.m 2从高处由静止开始下落，m 1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.甲如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，每相邻两个计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示.m 1＝50 g 、m 2＝150 g.那么：(结果保留两位有效数字)乙(1)在纸带上打下计数点5时的速度v ＝m/s.(2)在计数点0～5过程中系统动能的增量ΔE k ＝J.为了简化计算，设g ＝9.8 m/s 2，那么系统势能的减少量ΔE p ＝J.(3)实验结果显示ΔE p >ΔE k ，那么造成这一现象的主要原因是____________________________________________.(4)在实验中，假设某同学作出的12v 2h 图象如图丙所示，h 为从起点量起的长度，那么据此得到当地的重力加速度g ＝m/s 2.丙[答案] (1)2.4 (2)0.58 0.59 (3)摩擦阻力造成的机械能损失 (4)9.7。
高考物理一轮复习第五章机械能实验6验证机械能守恒定律课件新人教版
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v。
命题点一 命题点二
必备知识
关键能力
-24-
对应演练
-24-
思维点拨小球下落的高度h是初、末位置球心之间的高度差; 掌握刻度尺读数的方法,需估读一位;根据某段时间内的平均速 度等于中间时刻的瞬时速度求出最低点小球的速度; 根据动能表达式,从而得出动能的增加量,再结合下降的高度求 出重力势能的减少量。 结合实验的装置与实验的原理,分析误差产生的原因,从而提出 建议。
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
命题点一 命题点二
命题点一 命题点二
必备知识
关键能力
-12-
对应演练
-12-
思维点拨根据实验原理,结合实验中的注意事项后分析解答; 依据这段时间内的平均速度等于中间时刻瞬时速度,从而确定动 能的变化,再依据重力势能表达式,进而确定其变化,即可验证。
必备知识
关键能力
-13-
对应演练
-13-
命题点一 命题点二
实验拓展创新 在高考中往往以教材上的实验为背景,通过改变实验条件、实 验仪器设置题目,不脱离教材而又不拘泥于教材,体现开放性、探 究性、实验方法的改进等特点。 1.实验器材、装置的改进
4.892 5.04
9.786 10.1
14.69 15.1
19.59 20.0
29.38 29.8
他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异,认为这是由于空气阻力造 成的。你是否同意他的观点?请说明理由。
【三维设计】2015高考物理大一轮复习 第五章 机械能(含近三年考点分布及15年考向前瞻)
第五章机械能(1)从近三年高考试题考点分布可以看出，高考对本章内容的考查重点有四个概念(功、功率、动能、势能)和三个规律(动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律)。
(2)高考对本章内容考查题型全面，既有选择题，也有计算题，二者考查次数基本相当，命题灵活性强、综合面广，过程复杂，环节多，能力要求也较高，既有对基本概念的理解、判断和计算，又有对重要规律的灵活应用。
2015高考考向前瞻| (1)功和功率、动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律仍将是本章命题的热点。
(2)将本章内容与牛顿运动定律、圆周运动、电磁学知识相结合，并与生产、生活实际和现代科技相联系进行命题的趋势较强。
第1节功和功率功[想一想]图5－1－1为某人提包运动的情景图，试分析各图中该人提包的力做功的情况。
图5－1－1提示：甲图中将包提起来的过程中，提包的力对包做正功，乙图中人提包水平匀速行驶时，提包的力不做功，丙图中人乘电梯上升过程中，提包的力对包做正功，丁图中人提包上楼的过程中，提包的力对包做正功。
[记一记]1．做功的两个必要条件力和物体在力的方向上发生的位移。
2．公式W＝Fl cos_α，适用于恒力做功，其中α为F、l方向间夹角，l为物体对地的位移。
3．功的正负判断夹角功的正负α＜90°力对物体做正功α＞90°力对物体做负功，或者说物体克服这个力做了功α＝90°力对物体不做功[试一试]1.(多选)(2014·揭阳模拟)如图5－1－2所示，自动卸货车始终静止在水平地面上，车厢在液压机的作用下，θ角逐渐增大且货物相对车厢静止的过程中，下列说法正确的是()图5－1－2A．货物受到的摩擦力增大B．货物受到的支持力不变C．货物受到的支持力对货物做正功D．货物受到的摩擦力对货物做负功解析：选AC货物处于平衡状态，则有：mg sin θ＝F f，F N＝mg cos θ，θ增大时，F f增大，F N减小，故A正确，B错误；货物受到的支持力的方向与位移方向的夹角小于90°，做正功，故C正确；摩擦力的方向与位移方向垂直，不做功，故D错误。
物理一轮复习第5章机械能及其守恒定律实验6验证机械能守恒定律教案
实验六验证机械能守恒定律1．实验目的验证机械能守恒定律。
2．实验原理(1)在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变。
若物体某时刻瞬时速度为v,下落高度为h，则其重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为12mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等,若相等则验证了机械能守恒定律.(2）速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度v t＝v2t。
计算打第n个点瞬时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离x n和x n＋1，由公式v n＝错误!或v n＝错误!算出，如图所示。
3．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(带纸带夹）。
4．实验步骤（1)仪器安装将检查、调整好的打点计时器按如图所示装置竖直固定在铁架台上，接好电路.(2）打纸带将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。
先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。
更换纸带，重复做3～5次实验.(3）选纸带分两种情况说明：①如果根据错误!mv2＝mgh验证时，应选点迹清晰，打点成一条直线，且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。
若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由先释放纸带，后接通电源造成的。
这样,第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选.②如果根据错误!mv错误!－错误!mv错误!＝mgΔh验证时，由于重物重力势能的变化是绝对的，处理纸带上的数据时，选择适当的点为基准点,这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了,所以只要后面的点迹清晰就可选用。
5．数据处理(1）求瞬时速度由公式v n＝h n＋1－h n－12T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…(2)验证守恒方法一：利用起始点和第n点计算。