6.6 实验七：验证机械能守恒定律 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“验证机械能守恒定律”实验专题，依据高考评价体系梳理了实验原理、器材装配、数据处理（含瞬时速度计算、图像法验证）、误差分析等核心考点，明确考装置（器材选择与装配）、考运算（动能与势能变化量计算）、考图像（v²-h图像斜率分析）的高频考查维度，归纳自由落体纸带分析、光电门测速等常考题型，体现高考备考的针对性。 课件亮点在于“原型实验+创新拓展+真题精析”的复习策略，如典例1通过纸带数据计算C点动能增加量，培养科学思维中的科学推理能力；对点演练2结合光电门和平抛运动验证守恒，提升科学探究素养。提供v²-h图像斜率与2g比较、阻力误差判断等应试技巧，帮助学生掌握得分要点，教师可据此精准指导实验题突破，助力高考冲刺。

第31课时　实验七:验证机械能守恒定律 1.实验原理(如图所示) 通过实验,求出做自由落体运动物体的　　　　　 　　和对应过程动能的增加量,在实验误差允许范围内,若二者相等,说明机械能守恒,从而验证机械能守恒定律。  重力势能的减少量 2.实验器材 打点计时器、交变电源、纸带、复写纸、重物、　　　　、铁架台(带铁夹)、导线。 刻度尺 3.实验过程 (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　　　 　, 再　　 　　,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,换上新的纸带重打几条(3~5条)。  (3)选纸带 从打出的几条纸带中选出一条点迹清晰的纸带。 (4)进行数据处理并验证。 接通电源 松开纸带 4.数据处理 (1)求瞬时速度 由公式vn=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 方案一:利用起始点和第n点计算 代入mghn和,如果在实验误差允许的范围内,mghn和相等,则验证了机械能守恒定律。 注意:应选取最初第1、2两点间距离接近2 mm的纸带(电源频率为50 Hz)。 方案二:任取两点计算 ①任取两点A、B,测出hAB,算出mghAB。 ②算出的值。 ③在实验误差允许的范围内,若mghAB=,则验证了机械能守恒定律。 方案三:图像法 测量从第一点到其余各点的下落高度h,并计算对应速度v,然后以v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据作出v2-h图像。若在误差允许的范围内图像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。 命题分析 1.考装置:器材选择、装配正误。 2.考运算:下落速度的计算、减小重力势能与增加动能的计算。 3.考图像:由-Δh图像的斜率判断机械能是否守恒。 4.考变化:利用其他方法验证。 注意事项 1.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线上,以减小摩擦阻力。 2.重物:应选用质量大、体积小、密度大的金属块。 3.先后: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.公式:某时刻的瞬时速度的计算应用vn=或vn=gt来计算。 5.此实验中不需要测量重物的质量。 误差分析 1.系统误差:重物和纸带在下落过程中要克服阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功,故ΔEk<ΔEp。 2.偶然误差:长度的测量误差,减小误差的方法是测下落距离时都从O点测量,一次将各点对应的下落高度测量完,或者多次测量取平均值。 考点一　教材原型实验 典例1　某班级的同学在实验室利用“自由落体运动”来验证机械能守恒定律。 (1)不同组学生在实验操作过程中出现如图所示的四种情况,其中操作正确的是　　　　; B (2)根据打出的纸带,选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E,根据图乙读出C点对应的刻度值　　　　cm;  乙 丙 (3)如图丙所示,测得点B距起始点O的距离为x0,BC两点间的距离为x1,CD两点间的距离为x2,若相邻两点的打点时间间隔为T,重锤质量为m,根据上述条件计算重锤从释放到打下C点时重力势能减少量ΔEp=mg(x0+x1),动能增 加量ΔEk=　　　　　;  23.10 (4)小华认为可通过测量重锤下落过程的加速度来验证机械能是否守恒,设O点到测量点的距离为h,v为对应测量点的速度,他做出的v2-h关系图线如图丁所示,由图可得重物下落的加速度a=　　　　m/s2(结果保留三位有效数字);  丁 戊 (5)小明同学误把O'点当作O点,其他操作与小华相同,也绘制出v2-h图像,b是小华作的图线,则小明所作的图线最有可能是　　 (填写图线上的字母)。 9.52 a 对点演练1　 (1)小华利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。该同学经正确操作得到打点纸带,打点周期为0.02 s,在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点,依次为1、2、3、4、5、6、7,测量各计数点到第一个打点的距离h,并正确求出打相应点时的速度v。各计数点对应的数据见下表,则打计数点6时的速度v6=　　 m/s。  计数点 1 2 3 4 5 6 7 h/m 0.124 0.194 0.279 0.380 0.497 0.630 0.777 v/(m·s-1)   1.94 2.33 2.73 3.13     v2/ (m2·s-2)   3.76 5.43 7.45 9.80     3.50 请在图乙坐标中,描点作出v2-h图线;由图线可知,重物下落的加速度g'= 　　　　m/s2(保留三位有效数字);若当地的重力加速度g=9.80 m/s2,根据作出的图线,能粗略验证自由下落的重物机械能守恒的依据是 　 　　　　。 9.69 图线为通过坐标原点的一条直线,斜率与2g基本相等 (2)小明采用如图所示的装置验证机械能守恒定律。提供器材有:气垫导轨(长度为L)、滑块(总质量为m,装有宽度为d的遮光板)、光电门两只(配接数字计时器)、木块若干、米尺。在一次实验中,测出两光电门AB间的距离为L0,导轨顶端距水平面的高度为h,接通气源,让滑块从导轨顶端由静止开始向下运动,读出遮光板通过光电门1的时间为t1,通过光电门2的时间为t2,重力加速度为g。滑块在AB间运动过程验证机械能守恒的表达式可表示 为　　　　　　　　　　。实验结果显示,滑块有机械能的损失,原因是要 克服空气阻力做功。在右图中,保持其他 条件不变,只调整光电门2位置,使L0不断增 大,结果表明,平均空气阻力Ff随L0增大而增 大,究其本质,说明空气阻力与　　　　有关。 md2()= 速度 考点二　拓展创新实验 实验原理的创新 实验器材的创新   1.利用钢球摆动来验证机械能守恒定律 2.利用光电门测定摆球的瞬时速度   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.用光电门测定小球下落到B点的速度 2.结合-H图线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   1.利用系统机械能守恒代替单个物体的机械能守恒 2.利用光电门测算滑块的瞬时速度 典例2　如图所示,气垫导轨上质量为M的滑块通过轻质细绳绕过滑轮与质量为m的钩码相连,绳子的悬挂点与拉力传感器相连,滑块上遮光条宽度为d。实验时,滑块由静止释放,测得遮光条通过光电门的时间为Δt,拉力传感器的读数为F。不计滑轮轴、滑轮与轻质细绳之间的摩擦。 (1)用游标卡尺测量遮光条宽度,其读数为　　　　cm。  (2)甲同学用该装置探究“加速度与合外力的关系”,实验中为减小误差,下列说法正确的是　　　　。  A.调节气垫导轨水平 B.钩码的质量要远小于小车质量 C.遮光条宽度适当小一些 D.动滑轮的质量尽可能小一些 0.355 AC (3)乙同学用该装置“探究绳子拉力对滑块做功与滑块动能变化的关系”,实验时记录滑块的初位置与光电门的距离L及挡光条通过光电门的时间Δt,测得多组L和Δt值。应用图像法处理数据时,为了获得线性图像应作 　　 　 [选填“L-”或“L-(Δt)2”]图像,该图像的斜率k=               (用题中字母表示)。  (4)丙同学用上述装置研究系统(含滑块、钩码)机械能守恒,设滑块由静止开始的释放点与光电门的距离为L、挡光条通过光电门的时间为Δt,则满 足关系式　　　　　 　　　　　(用已知量符号表示)时,运动 过程中系统机械能守恒。  L- mgL= 对点演练2　某同学利用如图所示装置验证机械能守恒定律。在斜槽轨道的末端B点处安装一个光电门,调节激光束与球心等高,斜槽末端水平,离地面高度h=0.784 m。地面上依次铺有白纸、复写纸,让小球从斜槽上某位置A点无初速度释放,通过光电门后落在地面的复写纸上,在白纸上留下打击印。已知当地重力加速度g取9.8 m/s2。 (1)本实验还需用到的实验器材是　　　　。  A.天平　　　　B.停表　　　　C.刻度尺 (2)用游标卡尺测得小球直径的读数如图所示,则小球直径d=　　 cm。 (3)某次实验测得小球通过光电门的时间为t=15.0 ms,则小球通过光电门的速度v≈　　　　m/s;实验还测得小球的落点P到斜槽末端正下方O点的距离为x=0.36 m,则由平抛运动规律解得小球平抛的初速度v0=　　　　m/s。实验发现,v略大于v0,可能原因是　　　　　　　。 (计算结果均保留两位有效数字) C 1.450 0.97 0.90 空气有阻力 (4)改变小球从斜槽上释放的位置A,多次实验,得到多组t,x数据,作出-x2图像;若图像的斜率近似等于　　　　(用题中所给物理量的符号表示),就可以认为平抛运动过程中机械能是守恒的。  $