2022版高考物理一輪復(fù)習實驗增分專題6驗證機械能守恒定律學案

1、2021版高考物理一輪復(fù)習實驗增分專題6驗證機械能守恒定律學案PAGE PAGE 24實驗六驗證機械能守恒定律考綱要求考情分析命題趨勢驗證機械能守恒定律2017天津卷，9(2)2016全國卷，22本實驗在全國高考考查頻率較高，應(yīng)給予足夠重視，要理解其實驗原理，注意該實驗的改進創(chuàng)新，這也是高考的重點，要會根據(jù)機械能守恒定律靈活分析知識梳理夯實基礎(chǔ)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，但總的機械能保持不變?nèi)粑矬w某時刻瞬時速度為v，下落高度為h，則重力勢能的減少量為mgh，動能的增加量為eq f(1,2)mv2，看它們在實驗誤差允許

2、的范圍內(nèi)是否相等，若相等，則驗證了機械能守恒定律2計算打第n個點時速度的方法：如圖所示，由公式可得第n個點的速度vneq f(hn1hn1,2T).三、實驗器材鐵架臺(含鐵夾)、打點計時器、學生電源、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、重物(帶紙帶夾)四、實驗過程1安裝置：按圖所示將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路2打紙帶：將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，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落更換紙帶重復(fù)做35次實驗3選紙帶：在打好點的紙帶中挑選點跡清晰的一條紙帶，在起點標上0，以后各點依次標上1

3、、2、3、4用刻度尺測出對應(yīng)下落高度h1、h2、h3、h4五、數(shù)據(jù)處理1求瞬時速度由公式vneq f(hn1hn1,2T)可以計算出重物下落h1、h2、h3的高度時對應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v32驗證守恒方法一：利用起始點和第n點計算，代入ghn和eq f(1,2)veq oal(2,n)，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，ghneq f(1,2)veq oal(2,n)，則說明機械能守恒定律是正確的方法二：任取兩點A、B測出hAB，算出ghAB和eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,2)voal(2,B)f(1,2)voal(2,A)的值，如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，ghABeq f(

4、1,2)veq oal(2,B)eq f(1,2)veq oal(2,A)，則說明機械能守恒定律是正確的方法三：圖象法，從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以eq f(1,2)v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出eq f(1,2)v2h圖線若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒六、誤差分析1系統(tǒng)誤差：本實驗中因重錘和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量Ek稍小于重力勢能的減少量Ep，即EkEk，所以空氣阻力會造成EpEk，但表中為EkEp，因此不同意他的觀點(4)鋼

5、球球心和遮光條都繞懸點做圓周運動，但運動半徑不同，因此分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，遮光條在光電門處的速度veq f(d,t)，則鋼球的速度veq f(v,L)l，可以減小表中差異對應(yīng)演練遷移運用1.如圖為驗證機械能守恒定律的實驗裝置示意圖現(xiàn)有的器材為帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、帶夾子的重錘、天平回答下列問題：(1)為完成此實驗，除了所給的器材，還需要的器材有_AD_.(填入正確選項前的字母)A刻度尺 B秒表C012 V的直流電源 D012 V的交流電源(2)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有_紙帶和打點計時器之間有摩擦；用刻度尺測量長度時讀數(shù)有誤差_.(寫出兩個原因)解析本實驗需測量

6、長度，但不需要計時，選項A正確，B錯誤；打點計時器需要用交流電源，選項C錯誤，選項D正確(2)摩擦和長度測量讀數(shù)問題是產(chǎn)生誤差的主要原因2小張同學準備做“驗證機械能守恒定律”實驗，小李同學準備做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗(1)圖甲中A、B、C、D、E表示部分實驗器材，小張同學需要在圖中選用的器材_AB_；小李同學需在圖中選用的器材_BDE_.(用字母表示)(2)小李同學在實驗室選齊所需器材后，經(jīng)正確操作獲得如圖所示的兩條紙帶和.紙帶_的加速度大(選填“”或“”)，其加速度大小為_2.5_m/s2(2.32.7_m/s2均可)_.解析(1)要采用落體法做“驗證機械能守恒定律”實驗，需要下

7、落的重物A和計時用的打點計時器B；要做“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”實驗，需要研究對象小車D，拉動小車的鉤碼E及計時用的打點計時器B(2)紙帶的加速度大小為a1eq f(x5x4x3x2,4T2)eq f(38.1034.2034.2030.70102,40.022) m/s22.5 m/s2，紙帶的加速度大小為a2eq f(x5x4x3x2,4T2)eq f(35.9032.3532.3529.00102,40.022) m/s21.25 m/s2，因此紙帶的加速度大，大小為2.5 m/s2.3(2017上海浦東模擬)用如圖甲所示的實驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒m2從高處由靜止開始

8、下落，m1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(shù)點間還有4個點(圖中未標出)，所用電源的頻率為50 Hz，計數(shù)點間的距離如圖乙所示已知m150 g、m2150 g，則：(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v5_2.4_m/s；(2)在打下第0點到打下第5點的過程中系統(tǒng)動能的增量Ek_0.58_J，系統(tǒng)重力勢能的減少量Ep_0.60_J；(取當?shù)氐闹亓铀俣萭10 m/s2)(3)若某同學作出eq f(1,2)v2h圖象如圖丙所示，則當?shù)氐闹亓铀俣萭_9.7_m/s2

9、.解析(1)v5eq f(21.6026.40102,0.12) m/s2.4 m/s，(2)Ekeq f(1,2)(m1m2)veq oal(2,5)00.58 J，Epm2gh5m1gh50.60 J.(3)由(m2m1)gheq f(1,2)(m1m2)v2知eq f(v2,2)eq f(m2m1gh,m1m2)，即圖線的斜率keq f(m2m1g,m1m2)eq f(5.82,1.20)，解得g9.7 m/s2.4利用圖甲裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間的_A_.A動能變化量與勢能變化量B速度變化量與勢能變化量C速度變化量與高度變化

10、量除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是_AB_.A交流電源B刻度尺C天平(含砝碼)實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖乙所示的一條紙帶在紙帶上選取三個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC.已知當?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T.設(shè)重物的質(zhì)量為m.從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量Ep_mghB_，動能變化量Ek_eq f(1,2)meq blc(rc)(avs4alco1(f(hChA,2T)2_.大多數(shù)學生的實驗結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是_C

11、_.A利用公式vgt計算重物速度B利用公式veq r(2gh)計算重物速度C存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D沒有采用多次實驗取平均值的方法某同學想用下述方法研究機械能是否守恒：在紙帶上選取多個計數(shù)點，測量它們到起始點O的距離h，計算對應(yīng)計數(shù)點的重物速度v，描繪v2h圖象，并做如下判斷：若圖象是一條過原點的直線，則重物下落過程中機械能守恒請你分析論證該同學的判斷依據(jù)是否正確解析只需要比較重物下落過程中，任意兩點間的動能變化量與勢能變化量是否相等，即可驗證機械能是否守恒，故選A打點計時器需要接交流電源，故選A；還需要用刻度尺測量重物下落的高度，故還要選B從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能減少mghB，變化量為mghB；打B點的速度vBeq f(hChA,2T)，動能Ekeq f(mvoal(2,B),2)，聯(lián)立解得Ekeq f(1,2)meq blc(rc)(avs4alco1(f(hChA,2T)2，故動能變化量EkEk0eq f(1,2)m(eq f(hChA,2T)2.由于存在空氣阻力和摩擦阻力的影響，導(dǎo)致重力勢能的減少量大于動能的增加量，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，多次實驗取平均值無法消除系統(tǒng)誤差，故選項C正確在重物下落h的過程中，若阻力Ff恒定，由動能定理得，mghFfheq f(mv2,2)，解得v22(geq