高考物理一轮总复习精品课件 第5章 机械能 实验7 验证机械能守恒定律.ppt

(2)为完成实验,需要测量小球自由静止时力传感器的示数F0,还需要测量的物理量有。?A.释放小球时的位置与自由静止位置的高度差hB.小球下摆至最低位置时的时间C.摆长l(可忽略小球大小)D.小球的质量m(3)需要验证机械能守恒的表达式为(用已知量和测量符号表示)。?(4)实验中小球满足(1)要求,仍存在系统误差,误差主要来源是。解析(1)不能用弹簧测力计代替力传感器进行实验,因为弹簧测力计随着弹力大小弹簧长度会变化,同时其读数也不便于读出,故A错误;为保证摆长保持不变,细线要选择伸缩性小的,故B正确;为减小空气阻力对实验的影响,小球尽量选择体积小质量大的,故C正确。(2)设小球的质量为m,小球静止时处于平衡状态,由平衡条件得F0=mg小球经过最低点时细线拉力最大,力传感器的示数最大为F。(3)由(2)可知,需要验证机械能守恒的表达式为F0h=(F-F0)l。(4)小球在运动过程要受到空气阻力作用,小球在运动过程要克服空气阻力做功造成实验误差。本课结束考题点睛典例2.(2023湖北省模拟)利用气垫导轨验证机械能守恒定律,实验装置如图甲所示,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m0,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连,遮光片两条长边与导轨垂直;导轨上B点处有一光电门,可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t,用d表示A点到光电门B处的距离,b表示遮光片的宽度,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,实验时滑块在A处由静止开始运动。(1)某次实验测得倾角θ=30°,重力加速度用g表示,滑块从A处到达B处时m和m0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。?(2)某同学改变A、B间的距离,作出的v2-d图像如图乙所示,并测得m0=m,则重力加速度g=m/s2。(结果保留两位有效数字)?由图像可知k=4.8m/s2联立解得g=9.6m/s2。考点二实验的改进与创新实验原理的创新?1.利用钢球摆动来验证机械能守恒定律。2.利用光电门测量摆球的瞬时速度实验器材的创新?1.小球在重力作用下做竖直上抛运动。2.利用频闪照片获取实验数据实验过程的创新?1.用光电门测量小球下落到B点的速度。2.结合-H图像判断小球下落过程中机械能守恒。3.分析实验误差,ΔEp-ΔEk随H变化的规律典例3.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B处的光电门时,数字计时器记录下小球通过光电门的时间t,当地的重力加速度为g。(1)为了验证机械能守恒定律,该实验还需要测量的物理量是(填选项前字母)。?A.小球的质量mB.AB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)。?(3)调整AB之间距离H,多次重复上述过程,作出随H的变化图像如图乙所示,当小球下落过程中机械能守恒时,该直线斜率k0=。?(4)在实验中根据数据实际绘出-H图像的直线斜率为k(kk0),则实验过程中所受的平均阻力F阻与小球重力mg的比值=(用k、k0表示)。?解析(1)根据机械能守恒定律的表达式可知,方程两边可以约掉质量,因此不需要测量质量,故A错误;根据实验原理可知,需要测量的是A点到B点的距离H,故B正确;利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度,不需要测量下落时间,故C错误;利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时,需要知道挡光物体的尺寸,因此需要测量小球的直径,故D正确。(2)已知经过光电门时的时间、小球的直径,则可以由平均速度表示经过光电门时的速度,故。考题点睛考点考向点睛数字计时器的使用图像法处理规律:实验中不需知道重力势能减少和动能增加的具体数值,只须比较大小,不用测小球质量方法:用数字计时器测出小球通过它的时间,v=计算速度,写出图像纵横轴的关系式,利用图像信息解决问题典例4.(2023山东青岛质检)为了消除空气阻力对实验结果的影响,某实验小组用如图甲所示实验装置做验证机械能守恒定律实验。牛顿管竖直固定在铁架台上,光电门固定在牛顿管的外侧,紧贴牛顿管外侧再固定刻度尺(0刻度线与管口齐平,图中未画出),启动抽气泵,将牛顿管内的空气抽出,已知橡胶