資源簡介

(共30張PPT)
高考物理總復習課件
第五章 　機械能
實驗五 驗證機械能守恒定律
一、基本原理與操作
二、誤差分析
1.減小測量誤差：一是測下落距離時都從 0 點量起，一次將各
打點對應下落高度測量完，二是多測幾次取平均值.
2.誤差來源：由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，故
mghn，改進辦法是調整器材的安裝，盡可能地減小阻力.
三、注意事項
1.打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要豎直架穩，使其兩
限位孔在同一豎直平面內以減少摩擦阻力.
2.重物密度要大：重物應選用質量大、體積小、密度大的材料.
3.一先一后：應先接通電源，讓打點計時器正常工作，后松開
紙帶讓重物下落.
考點 1 基本實驗原理與實驗操作的考查
【典題 1】(2022 年廣東惠州二模)在“驗證機械能守恒定律”
實驗中，兩實驗小組同學分別采用了如圖甲和乙所示的裝置，采
用兩種不同的實驗方案進行實驗，設重力加速度為 g.
甲
乙
圖 S5-1
(1)在圖甲中，下落物體應選擇密度______(填“大”或“小”)
的重物. 在圖乙中，兩個重物的質量關系是 m1_________(填“＞”
“＝”或“＜”)m2.
(2)采用圖乙的方案進行實驗，除圖中的器材外，還需要的實
驗器材有交流電源、刻度尺和__________.
(3)某次實驗所打紙帶如圖 S5-2 所示，O 為第一個點，A、B、
C、D 點到 O 點的距離已標出，打點時間間隔為 0.02 s，則記錄 C
點時，重物的速度 vC＝__________m/s(結果保留 3 位有效數字).
圖 S5-2
(4)從減少實驗誤差的角度看，比較兩種實驗方案，你認為
______(填“甲”或“乙”)更合理.
統重力勢能的減小量是否相等，動能的增加量為ΔEk＝ (m1＋
解析：(1)為了減小實驗的誤差，下落物體應選擇密度大的物
體，圖乙是驗證系統機械能是否守恒，m1 向下運動，m2 向上運動，
所以 m1＞m2.
(2)驗證系統機械能是否守恒，即驗證系統動能的增加量和系
m2)v2，重力勢能的減小量為ΔEp＝(m1－m2)gh，可知需要測量兩
個重物的質量，所以實驗器材還需要天平.
(3)根據勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平
均速度，可以求出所打紙帶上 C 點時小車的瞬時速度大小，vC＝
(4)甲方案更合理，因為在圖乙中還受到細線與滑輪之間的阻
力影響.
答案：(1)大 ＞ (2)天平 (3)0.780 (4)甲
考點 2 數據處理與誤差分析
【典題 2】如圖 S5-3 甲所示，在固定在天花板上的定滑輪兩
邊分別掛上用輕繩連接的質量為 m、M 的 A、B 兩物體，用該實
驗裝置來驗證機械能守恒定律.在物體 B 從高處由靜止開始下落時
物體 A 下方拖著紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，
即可驗證機械能守恒定律.如圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙
帶，0 是打下的第一個點，每相鄰兩計數點間還有 4 個點未標出，
計數點間的距離已在圖中標出.已知 m＝40 g，M＝100 g，打點頻
率為 50 Hz，重力加速度 g 取 10 m/s2.(結果保留 2 位有效數字)
甲
乙
圖 S5-3
(1)兩個物體運動的加速度為 a＝______m/s2.
(2)在紙帶上打下計數點 5 時的速度 v5＝________m/s.
(3)在打點 0～5 過程中系統動能的增量ΔEk＝________J，系統
勢能的減少量ΔEp＝________J，由此得出的結論是_____________
_______________________________________________________.
答案：(1)4.0 (2)2.4 (3)0.40 0.42 在誤差允許的范圍內，
A、B 兩物體組成的系統機械能守恒
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本實驗可從多個角度進行創新：
實驗原理的創新
1.利用鋼球擺動來驗證機械能守恒定律.
2.利用光電門測定擺球的瞬時速度
(續表)
實驗原理的創新
1.利用機械能守恒定律求解彈簧彈性勢能.
2.由平拋運動測量球的初速度.
3.利用平拋位移s－彈簧壓縮量Δx圖線處理數據
(續表)
實驗過程的創新 　　
1.用光電門測定小球下落到B點的速度.
2.結合 H圖線判斷小球下落過程中機械能守恒.
3.分析實驗誤差ΔEp－ΔEk隨H變化的規律
考向 1 實驗方案的創新
【典題 3】(2023 年廣東廣州開學考)某研究性學習小組同學設
計了“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置，質量分別為 m1 和 m2
的物塊 A、B，與動滑輪及定滑輪(兩滑輪均為輕質滑輪)用不可伸
長的輕質繩按如圖 S5-4 甲所示方式連接(繩豎直).物塊 B 從高處由
靜止開始下落，物塊 A 上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上
的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律.圖乙所示是實驗中獲
取的一條紙帶，0 點是打下的第一個點，每相鄰兩個計數點之間還
有 3 個點(圖中未標出)，計數點間的距離如圖乙所示.(已知當地的
重力加速度大小為 g，打點計時器使用電源的頻率為 f)
甲
乙
圖 S5-4
(1)在紙帶上打下記數點 5 時物塊 A 的速度大小 v＝________
(用 x1、x2 和 f 表示).
(2)若將 A、B 兩物塊看作一個系統，則打下 0 點到打下 5 點
的過程中，系統減少的重力勢能為_________________________，
系統增加的動能為_______________________.(以上兩空均用題目
給出的物理量的字母表示)
(3)經過多次實驗發現 A、B 兩物塊組成的系統減少的重力勢
能ΔEp 與系統增加的動能ΔEk 并不相等，請從系統誤差的角度分析
二者不相等的可能原因是___________________________________
(寫出一條即可).
(3)因為系統機械能部分轉化為其他物體的動能或其他形式的
能量而損失掉.
考向 2 實驗器材的創新
【典題 4】(2023 年廣東汕頭二模)某研究小組利用 DIS 實驗裝
置驗證機械能守恒定律.如圖 S5-5 所示，內置有光電門的擺錘通過
輕桿與轉軸 O 相連，擺錘通過遮光片時可記錄遮光時間.實驗時，
擺錘從 M 點由靜止釋放，依次記錄其通過每個遮光片所對應的時
間 t.用刻度尺測出每個遮光片距最低點 N 的豎直高度為 h，擺錘質
量為 m，重力加速度為 g.
圖 S5-5
(1)實驗前，用游標卡尺測量遮光片的寬度 d，其示數如圖S5-6，
則 d＝______mm.
圖 S5-6
(2)若以最低點 N 為零勢能面，選用字母 m、h、d、t、g 表示
物理量，則經過某個遮光片時，擺錘的重力勢能 Ep＝_________，
動能 Ek＝____________ ；對比通過各遮光片處擺錘的機械能 E
(E＝Ep＋Ek)是否相等，可判斷機械能守恒與否.
(3)為了更直觀地處理數據，研究小組繪制了擺錘擺下過程中
動能、重力勢能和機械能隨高度變化的圖像如圖 S5-7 所示，仔細
比對數據發現，擺錘擺下過程中，重力勢能減少量__________(填
“大于”或“小于”)動能增加量.
圖 S5-7
解析：(1)由題(1)圖知，遮光片的寬度為 d＝8 mm＋0.1 mm×
7＝8.7 mm.
2t2
(3)由 Ep＝mgh 知，Ep-h 圖像是一條過原點的直線，可見重力
勢能的圖線應為 B，擺球擺下過程中，速度逐漸增大，其動能逐
漸增大，可見動能的圖線應為 C，則機械能的圖線應為 A.由圖知，
擺球擺下過程中，擺球的機械能逐漸減少，動能逐漸增加，重力
勢能逐漸減少，則擺球的重力勢能減少量大于動能增加量.
答案：(1)8.7 (2)mgh
md2
(3)大于
謝謝
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