2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí)實驗六驗證機械能守恒定律學(xué)案(無答案)新人教

1、實驗六驗證機械能守恒定律實驗溯本求源一血面擊贏誦一、實驗?zāi)康尿炞C機械能守恒定律二、實驗原理1 .在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)化，但總的機械能.若質(zhì)量為m的物體做自由落體運動，下落高度為h時的速度為V,則重力勢能的減少量為，動能的增加量為，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)重力勢能的減少量與相等,則驗證了機械能守恒定律.2 .速度的測量：做勻變速直線運動的紙帶上某點的瞬時速度等于相鄰兩點間的.計算打第n個點瞬時速度的方法是：測出第n個點的相鄰前、后兩段相等時間T內(nèi)下落的距離Xn和Xn+1,由公式Vn=計算.圖S6-1三、實驗器材鐵架臺（含鐵夾）、電源及導(dǎo)線（使用電火花計時器

2、時用220V交流電源）、紙帶、復(fù)寫紙片、重物（帶紙帶夾），實驗裝置如圖S&1所示.四、實驗步驟1 .器材安裝：如圖S&1所示，將打點計時器固定在鐵架臺上，用導(dǎo)線將電磁打點計時器與低壓交流電源相連，此時電源開關(guān)應(yīng)為狀態(tài).2 .打紙帶：把紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重物停靠在打點計時器下方附近，應(yīng)先，待打點穩(wěn)定后再松開紙帶.讓重物自由下落，打點計時器就在紙帶上打出一系列的點，取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條（35條）紙帶.3 .選紙帶:用起始點初速度為零驗證.選點跡清晰,且1、2兩點間距離小于或接近2mm勺紙帶進(jìn)行測量.若1、2兩點

3、間的距離大于2mm這是由于先釋放紙帶，后接通電源造成的，則第1個點對應(yīng)的瞬時速度（選填“不等于”或“等于"）零.4 .數(shù)據(jù)測量5 .驗證結(jié)論：在的范圍內(nèi)，重物自由下落過程中機械能守恒.實驗熱點探究u-da.a->j-ajjs>«d-a«.»-uaja_daa-iid-ij-udd.-»aj-tt.-j-ts-au.-i>14-，金一jj-&=44b：1>>-»>-JCM高考拓展延伸。熱點一實驗原理和實驗操作例1某同學(xué)用如圖S6-2甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律.實驗所用的電源為學(xué)生電源可

4、以提供輸出電壓為6V的交變電流和直流電，交變電流的頻率為50Hz重錘從高處由靜止開始下落，打點計時器在紙帶上打出一系列的點，對紙帶上的點測量并分析，即可驗證機械能守恒定律.（1）他進(jìn)行了下面幾個操作步驟：A按照圖示的裝置安裝器材；B.將打點計時器接到電源的“直流輸出”上；C,用天平測出重錘的質(zhì)量；D.先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶；E.測量紙帶上某些點間的距離；F.根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于其增加的動能其中沒有必要進(jìn)行的步驟是,操作不當(dāng)?shù)牟襟E是.（均填步驟前的選項字圖S6-2(2)這位同學(xué)進(jìn)行正確測量后挑選出一條點跡清晰的紙帶進(jìn)行測量分析，如圖乙所示，其中O點

5、為起始點,AB、C、口E、F為六個計數(shù)點.根據(jù)紙帶上的測量數(shù)據(jù)，可得出打B點時重錘的速度為m/s(保留3位有效數(shù)字).?2.(3)他根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)算出各點的速度v,量出下落距離h,并以不為縱軸、h為橫軸畫出的圖像應(yīng)是圖S6-3中的(選填項字母).圖 S6-3變式題某學(xué)習(xí)小組用如圖S6-4所示的實驗裝置驗證“機械能守恒定律”.他們在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門B細(xì)線一端連在滑塊(帶遮光條)上，另一端繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與鉤碼相連，每次滑塊都從A處由靜止釋放.圖S6-4(1)下列實驗要求中不必要的一項是(填選項前的字母).A應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平B.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行C應(yīng)使A位置與光電門B間

6、的距離適當(dāng)大些D,應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量£圖S6-5(2)用螺旋測微器測量遮光條寬度d,測量結(jié)果如圖S6-5所示，則d=mm(3)實驗時，已知滑塊(帶遮光條)的質(zhì)量為M鉤碼質(zhì)量為mA、B間的距離為L,遮光條的寬度為d,遮光條通過光電門的時間為t,重力加速度為g,若滿足關(guān)系式(用Mmg、L、d、t表示)，即可驗證從A到B過程中系統(tǒng)機械能守恒.要點總結(jié)安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn)，使兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以減小摩擦阻力(2)重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料.(3)應(yīng)先接通電源，讓打點計時器正常工作后，再松開紙帶讓重物下落.(4)紙帶長度應(yīng)選用60cm左右為宜，應(yīng)選用

7、點跡清晰的紙帶進(jìn)行測量.0熱點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2某同學(xué)安裝如圖S6-6所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律.如圖S6-7所示是該實驗得到的一條點跡清晰的紙帶，現(xiàn)要取A、B兩點來驗證，已知電火花計時器每隔0.02s打一個點.左Ij叼1“一.I右圖S6-6圖S6-7請回答下列問題：(1)電火花計時器的工作電壓是V.(2)若x2=4.80cm,則在紙帶上打下計數(shù)點B時的速度vb=m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).(3)若xi數(shù)據(jù)也已測出，則實驗還需測出的物理量為.(4)經(jīng)過測量計算后，某同學(xué)畫出了如圖S6-8所示的E-h圖線，則圖中表示重物動能隨重物高度變化的曲線為(選填“圖線A”或“圖線B”).圖

8、S6-9變式題用如圖S6-9所示實驗裝置驗證物塊1、2組成的系統(tǒng)機械能守恒，物塊2從高處由靜止開始下落，物塊1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點進(jìn)行測量，即可驗證機械能守恒定律.圖S610給出的是實驗中獲取的一條紙帶，其中0是打下的第一個點，相鄰兩個計數(shù)點間還有4個打點(圖中未標(biāo)出，交流電的頻率為50Hz),計數(shù)點間的距離如圖所示.已知物塊1、2的質(zhì)量分別為m=50g、m=150g,g取9.8m/s2.圖S6-10(1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v=m/s.(2)在打點05過程中系統(tǒng)動能的增加量AE=J,系統(tǒng)勢能的減少量AEp=J.可知在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，系統(tǒng)的機械能.要點總結(jié)速度

9、不能用Vn=gtn或Vn=V2?計算，因為只要認(rèn)為加速度為g,機械能當(dāng)然守恒，即相當(dāng)于用機械能守恒定律驗證機械能守恒定律，況且用Vn=gtn計算出的速度比實際值大，會得出機械能增加的結(jié)論，而實際上因為受摩擦阻力的影響，機械能應(yīng)減小，所以速度應(yīng)通過測量計算1?2c得到.同樣的道理，重物下落的高度h也只能用刻度尺直接測量，而不能用hn=1g?2?或hn=?22計算得到.©熱點三同類實驗拓展與創(chuàng)新實驗器材及裝置的替換速度測量方法的改進(jìn)實驗方案的創(chuàng)新II入重物測量紙帶上各點速度一由光電門計算速度利用自由落體運動的閃光照片驗證機械能守恒定律例3為了驗證機械能守恒定律，某學(xué)生想到用氣墊導(dǎo)軌和光電

10、門及質(zhì)量為m的小車來進(jìn)行實驗，如圖S6-11所示，他將長為L、原來已調(diào)至水平的氣墊導(dǎo)軌的左端墊高H在導(dǎo)軌上的兩點處分別安裝光電門A和B,然后將小車從導(dǎo)軌上端釋放，光電門自動記錄小車經(jīng)過上、下光電門時車上擋光片的擋光時間為ti、12,用游標(biāo)卡尺測得擋光片寬度為d.(1)要驗證小車在運動過程中機械能守恒,還必須測出.(2)寫出本實驗驗證機械能守恒定律的表達(dá)式：(用上面測量出的物理量符號表示).實驗所用滑塊的質(zhì)量m毛00g,其他數(shù)據(jù)分別為L=1.5GH=l0cm、l=50cm,則實驗中重力勢能的減少量為J.(g取10m/s2)(4)如果氣墊導(dǎo)軌左端墊高H的值可調(diào)，此實驗還可以探究在質(zhì)量不變時，物體的

11、加速度與合力的關(guān)系，回答下列問題：小車的加速度為a=，小車所受合力為F=.(用上面測量出的物理量符號表示)要改變小車受到的合力，只需改變;作加速度一合力圖像時，橫軸可用代替.變式題某同學(xué)設(shè)計出如圖S&12所示“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置，小球用輕質(zhì)細(xì)繩懸掛于O點，在O點正下方固定一刀片，并在水平地面上用重錘記錄下O點在水平面的投影，將小球拉至與O等高的水平位置處，繩被拉直，從靜止釋放小球，當(dāng)小球到達(dá)O點正下方時刀片割斷細(xì)繩，小球做平拋運動，記錄下小球的落點.oroIII93刀片*：X,I777777777777777777777.OT圖S6-12(1)下列物理量中需要測量的是(填選

12、項前的字母).A細(xì)繩的長度LB.O點到地面的高度HCO點在地面的投影到小球落點的水平距離xD.小球的質(zhì)量m(2)利用題(1)中的字母，需要驗證的等式是_.要點總結(jié)本實驗可從多個角度進(jìn)行創(chuàng)新.?.(1)實驗器材的創(chuàng)新：利用光電門測出擋光條通過光電門的時間At,從而利用v?計算滑塊通過光電門的速度.利用氣墊導(dǎo)軌彳t替長木板，減小阻力對實驗結(jié)果的影響.(2)實驗數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新：將滑塊、擋光條、托盤和祛碼看作一個系統(tǒng)來驗證系統(tǒng)機械能守恒1(3)本實驗還可以從以下兩個方面創(chuàng)新：利用擺球進(jìn)行驗證，只需驗證mgh=mV即可.整個實驗裝置可以放在真空的環(huán)境中操作，如用牛頓管和頻閃照相進(jìn)行驗證，以消除由于空氣阻

13、力作用而帶來的誤差.課時鞏固訓(xùn)練圖 S6-13一軸則原智使升戢一1.用自由落體法驗證機械能守恒定律，器材安裝如圖S6-13所示.(1)請指出圖中的錯誤及不妥之處(至少寫出兩處):_;(2)改進(jìn)實驗中錯誤及不妥之處后，打出如圖S6-14所示的一條紙帶.已知打點計時器所接電源的頻率為50Hz,根據(jù)紙帶所給數(shù)據(jù)，打C點時重物的速度為(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)m/s.單位一*26.56*43IJUJ圖S6-14r/2圖S6-15?2.(3)某同學(xué)選用兩個形狀相同但質(zhì)量不同的重物a和b進(jìn)行實驗，測得幾組數(shù)據(jù)，回出可-h的(選填“大于”或,已知實驗所用重物的質(zhì)圖像如圖S&15所示，求出圖線的斜率k,

14、由圖像可知a的質(zhì)量m“小于”)b的質(zhì)量m.(4)通過分析發(fā)現(xiàn)造成k2值偏小的原因是實驗過程中存在各種阻力量m=0. 052kg,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9. 78m/s2,則重物所受的平均阻力f=(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)N.IllIIIlliII1.1IIillI1.105LOJ520圖S6-162 .某課外小組利用豎直上拋運動驗證機械能守恒定律某同學(xué)利用20分度的游標(biāo)卡尺測量小球的直徑，讀數(shù)如圖S6-16所示，小球的直徑d二cmM度尺圖S6-17(2)用如圖S6-17所示的彈射裝置將小球豎直向上彈出，小球先后經(jīng)過光電門A、B,計時裝置測出通過A和B的時間分別為tA和tB,用刻度尺測出光電門AB間距

15、離h,已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間,則只需要驗證等量關(guān)系式(用所測物理量符號表示)成立,就可說明在誤差允許范圍內(nèi)小球機械能守恒.3 .在驗證機械能守恒定律的實驗中，使質(zhì)量為m=200g的重物拖著紙帶自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列的點.選取一條符合實驗要求的紙帶如圖S6-18所示，O為紙帶下落的起始點，A、BC為紙帶上選取的三個連續(xù)點.已知打點計時器每隔T=0.02s打一個點,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間=9.80m/s2.圖 S6-18?一(1)計算B點瞬時速度時，甲同學(xué)用vb=v2?,乙同學(xué)用VB=g(nT),丙同學(xué)用vb-萬萬.其中所選擇方法正確的是(選填“甲”“乙”或“丙”)同學(xué).(sob

16、與SAC分別表示紙帶上QB間和A、C間的距離，n為從O到B之間的間隔數(shù))(2)紙帶下落的加速度為m/s2(保留三位有效數(shù)字),下落過程中受到的阻力f=4 .2018-深圳二調(diào)某同學(xué)從實驗室天花板處自由釋放一鋼球，用頻閃攝影手段驗證機械能守恒定律.頻閃儀每隔相等時間短暫閃光一次，照片上記錄了鋼球在各個時刻的位置.(1)操作時比較合理的彳法是(填選項前的字母).A先打開頻閃儀，再釋放鋼球B.先釋放鋼球，再打開頻閃儀(2)頻閃儀閃光頻率為f,拍到整個下落過程中的頻閃照片如圖S6-19所示，結(jié)合實驗場景估算f的可能值為(填選項前的字母).A0.1HzB.1HzC10HzD100Hz456cm|皿而皿l

17、lllll-利1呵崢尺3m圖S6-20(3)用刻度尺在照片上測量鋼球各位置到釋放點O的距離分別為S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8,重力加速度為g.已知實際直徑與照片上鋼球直徑之比為k.用游標(biāo)卡尺測出鋼球?qū)嶋H直徑D如圖S6-20所示，則D=cm(4)選用以上各物理量符號，驗證從O到A過程中鋼球機械能守恒成立的關(guān)系式為：2gS5=.5.某實驗小組利用如圖S6-21所示的裝置驗證機械能守恒定律，實驗主要步驟如下：圖S6-21將光電門安放在固定于水平地面上的長木板上；將細(xì)繩一端連在小車上，另一端繞過兩個定滑輪后懸掛一鉤碼，調(diào)節(jié)木板上滑輪的高度，使該滑輪與小車間的細(xì)繩與木板平行；測出開始時小車上遮光板與光電門之間的距離L接通電源，釋放小車，記下小車遮光板經(jīng)過光電門的時間t;根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算出小車與鉤碼組成的系統(tǒng)動能的增加量和鉤碼重力勢能的減少量；改變L的大小，重復(fù)