2018屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題 驗證機械能守恒定律導(dǎo)學(xué)案2

1、驗證機械能守恒定律誤差分析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(yīng)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，故動能的增加量Ekmv必定稍小于重力勢能的減少量Epmghn，改進(jìn)辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力。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(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以減少摩擦阻力。2重物密度要大：重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料。3一先一后：應(yīng)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。4測長度，算速度：某時刻的瞬時速度的計算應(yīng)用vn，不能用vn或vngt來計算。考點精練熱點

2、一實驗原理和實驗操作【例1】2016北京理綜，21(2)利用圖1裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗。圖1(1)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量(2)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_。A交流電源B刻度尺C天平(含砝碼)(3)實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖2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(dāng)?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)

3、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_，動能變化量Ek_。圖2(4)大多數(shù)學(xué)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_。A利用公式vgt計算重物速度B利用公式v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(5)某同學(xué)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(xué)的判斷是否正確的。解析(1)重物下落過程中重力勢能減少，動能增加，故該實驗需要比較重物下落過程中任意

4、兩點間的動能變化量與勢能變化量在誤差范圍內(nèi)是否相等，A項正確。(2)電磁打點計時器使用的是交流電源，故要選A，需要測紙帶上兩點間的距離，還需要刻度尺，選B，根據(jù)mghmv20可將等式兩邊的質(zhì)量抵消，不需要天平，不需用C。(3)重物的重力勢能變化量為EpmghB，動能的變化量Ekmvm()2(4)重物重力勢能的減少量略大于動能的增加量，是因為重物下落過程中存在空氣阻力和摩擦阻力的影響，C正確。(5)該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確，在重物下落h的過程中，若阻力f恒定，根據(jù)mghfhmv20，則v22(g)h可知，v2h圖象就是過原點的一條直線。要想通過v2h圖象的方法驗證機械能是否守恒，還必須看圖象的斜率

5、是否接近2g。答案(1)A(2)AB(3)mghBm()2(4)C(5)不正確，理由見解析熱點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析【例2】(2016江蘇宿遷模擬)某同學(xué)用如圖3所示裝置驗證機械能守恒定律時，所用交流電源的頻率為50 Hz，得到如圖4所示的紙帶。選取紙帶上打出的連續(xù)五個點A、B、C、D、E，測出A點距起點O的距離為s019.00 cm，點A、C間的距離為s18.36 cm，點C、E間的距離為s29.88 cm，g取9.8 m/s2，測得重物的質(zhì)量為m1 kg。圖3(1)下列做法正確的有_。A圖3中兩限位孔必須在同一豎直線上B實驗前，手應(yīng)提住紙帶上端，使紙帶豎直C實驗時，先放開紙帶，再接通打點計時

6、器的電源D數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)選擇紙帶上距離較近的兩點作為初、末位置(2)選取O、C兩點為初、末位置驗證機械能守恒定律，重物減少的重力勢能是_J，打下C點時重物的速度大小是_m/s。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖4(3)根據(jù)紙帶算出打下各點時重物的速度v，量出下落距離s，則以為縱坐標(biāo)、以s為橫坐標(biāo)畫出的圖象應(yīng)是下面的_。(4)重物減少的重力勢能總是略大于增加的動能，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是_。(寫出一條即可)解析 (1)圖3中兩限位孔必須在同一豎直線上，實驗前手應(yīng)提住紙帶上端，并使紙帶豎直，這是為了減小打點計時器與紙帶之間的摩擦，選項A、B正確；實驗時，應(yīng)先接通打點計時器的電源再放開紙帶，選項C錯誤；數(shù)據(jù)處

7、理時，應(yīng)選擇紙帶上距離較遠(yuǎn)的兩點作為初、末位置，以減小長度的測量誤差，選項D錯誤。 (2)重物減少的重力勢能為Epmg(s0s1)2.68 J，由于重物下落時做勻變速運動，根據(jù)勻變速直線運動任意時間段中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度可知，打下C點時重物的速度為vC2.28 m/s。 (3)物體自由下落過程中機械能守恒，可以得出mgsmv2，即gsv2，所以s圖線應(yīng)是一條過原點的傾斜直線，選項C正確。(4)在實驗過程中，紙帶與打點計時器之間的阻力、空氣阻力是存在的，克服阻力做功損失了部分機械能，因此實驗中重物減小的重力勢能總是略大于增加的動能。答案(1)AB(2)2.682.28 (3

8、)C (4)重物受到空氣阻力(或紙帶與打點計時器之間存在阻力)熱點三實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新【例3】(2016江蘇單科，11)某同學(xué)用如圖5所示的裝置驗證機械能守恒定律。一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點，光電門固定在A的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條。將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取v作為鋼球經(jīng)過A點時的速度。記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小Ep與動能變化大小Ek，就能驗證機械能是否守恒。圖5(1)Epmgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球

9、球心到_之間的豎直距離。A鋼球在A點時的頂端B鋼球在A點時的球心C鋼球在A點時的底端(2)用Ekmv2計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖6所示，其讀數(shù)為_cm。某次測量中，計時器的示數(shù)為0.010 0 s，則鋼球的速度為v_m/s。圖6(3)下表為該同學(xué)的實驗結(jié)果：Ep(102 J)4.8929.78614.6919.5929.38Ek(102 J)5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的Ep與Ek之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點？請說明理由。(4)請你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議。解析(1)鋼球下落高度h，應(yīng)測量釋放時鋼球心到鋼

10、球在A點時的球心之間的豎直距離，故選B。(2)遮光條的寬度d1.50 cm，鋼球的速度v1.50 m/s(3)不同意，因為空氣阻力會造成Ek小于Ep，但表中Ek大于Ep。(4)分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算Ek時，將v折算成鋼球的速度vv。答案(1)B(2)1.501.50(3)不同意理由見解析(4)見解析隨堂檢測1在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中，電源的頻率為50 Hz，依次打出的點為0，1，2，3，4n。則：圖7(1)如用第2點到第6點之間的紙帶來驗證，必須直接測量的物理量為_、_、_，必須計算出的物理量為_、_，驗證的表達(dá)式為_。(2)下列實驗步驟操作合理的排列

11、順序是_(填寫步驟前面的字母)。A將打點計時器豎直安裝在鐵架臺上B接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落C取下紙帶，更換新紙帶(或?qū)⒓垘Х瓊€面)重新做實驗D將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點計時器，用手提著紙帶E選擇一條紙帶，用刻度尺測出物體下落的高度h1，h2，h3hn，計算出對應(yīng)的瞬時速度v1，v2，v3vnF分別算出mv和mghn，在實驗誤差范圍內(nèi)看是否相等2(2016四川綿陽二診)某同學(xué)利用傾斜氣墊導(dǎo)軌做“驗證機械能守恒定律”的實驗，實驗裝置如圖8所示。其主要實驗步驟如下：圖8圖9a用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度l，結(jié)果如圖9所示；b讀出導(dǎo)軌標(biāo)尺的總長L0，并用直尺測出導(dǎo)軌標(biāo)尺在豎直方向

12、的高度H0；c讀出滑塊釋放處擋光條與光電門中心之間的距離s；d由靜止釋放滑塊，從數(shù)字計時器(圖8中未畫出)上讀出擋光條通過光電門所用的時間t。回答下列問題：(1)由圖9讀出l_mm。(2)_(選填“有”或“沒有”)必要用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M。圖10(3)多次改變光電門位置，即改變距離s，重復(fù)上述實驗，作出隨s的變化圖象，如圖10所示，當(dāng)已知量t0、s0、l、L0、H0和當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭滿足表達(dá)式_時，可判斷滑塊下滑過程中機械能守恒。3某實驗小組在做“驗證機械能守恒定律”實驗中，提出了如圖11所示的甲、乙兩種方案：甲方案為用自由落體運動進(jìn)行實驗，乙方案為用小車在斜面上下滑進(jìn)行實驗。圖1

13、1(1)組內(nèi)同學(xué)對兩種方案進(jìn)行了深入的討論分析，最終確定了一個大家認(rèn)為誤差相對較小的方案，你認(rèn)為該小組選擇的方案是_，理由是_。(2)若該小組采用圖甲的裝置打出了一條紙帶如圖12所示，相鄰兩點之間的時間間隔為0.02 s，請根據(jù)紙帶計算出B點的速度大小_m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。圖12(3)該小組內(nèi)同學(xué)們根據(jù)紙帶算出了相應(yīng)點的速度，作出v2h圖線如圖13所示，請根據(jù)圖線計算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭_m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。圖13參考答案1.解析(1)要驗證從第2點到第6點之間的紙帶對應(yīng)重物的運動過程中機械能守恒，應(yīng)測出第2點到第6點的距離h26，要計算第2點和第6點的速度v2和v6

14、，必須測出第1點到第3點之間的距離h13和第5點到第7點之間的距離h57，機械能守恒的表達(dá)式為mgh26mvmv。(2)實驗操作順序為ADBCEF。答案(1)第2點到第6點之間的距離h26第1點到第3點之間的距離h13第5點到第7點之間的距離h57第2點的瞬時速度v2第6點的瞬時速度v6mgh26mvmv (2)ADBCEF2.解析(1)游標(biāo)尺上共有20小格，精度為0.05 mm，用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度l(80.054) mm8.20 mm。(2)欲驗證機械能守恒定律，即Mgssin M()2，為氣墊導(dǎo)軌與水平面間的夾角，只需驗證gssin ()2，可見沒有必要測量滑塊和擋光條的總質(zhì)量M。(3)由幾何知識得sin ，當(dāng)ss0，tt0時有s0。答案(1)8.20(2)沒有(3)s03.解析(1)