2018屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律導(dǎo)學(xué)案1

1、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律基本要求數(shù)據(jù)處理方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算代入ghn和v，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的情況下，ghnv，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.方法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算(1)任取兩點(diǎn)A、B，測(cè)出hAB，算出ghAB.(2)算出vv的值.(3)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的情況下，若ghABvv，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.方法三：圖象法從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2h圖線，若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.誤差分析1.減小測(cè)量誤差：一是測(cè)下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)

2、對(duì)應(yīng)下落高度測(cè)量完，二是多測(cè)幾次取平均值.2.誤差來(lái)源：由于重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力做功，故動(dòng)能的增加量Ekmv必定稍小于重力勢(shì)能的減少量Epmghn，改進(jìn)辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減少阻力.注意事項(xiàng)1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要豎直：安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作，后松開紙帶讓重物下落.4.測(cè)長(zhǎng)度，算速度：某時(shí)刻的瞬時(shí)速度的計(jì)算應(yīng)用vn，不能用vn或vngt來(lái)計(jì)算.考點(diǎn)精練考向1對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和操作的考查典例1(2017江西六校模擬)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置

3、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓有交流電和直流電兩種.重錘從高處由靜止開始下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點(diǎn)，對(duì)圖中紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.(1)下列幾個(gè)操作步驟中：A.按照?qǐng)D示，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置；B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“交流輸出”上；C.用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量；D.先釋放重錘，后接通電源，紙帶隨著重錘運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)；E.測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離；F.根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能.沒(méi)有必要的是，操作錯(cuò)誤的是.(填步驟前相應(yīng)的字母)(2)使用質(zhì)量為m的重錘和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守

4、恒定律的實(shí)驗(yàn)中，在選定的紙帶上依次取計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖所示，紙帶上所打的點(diǎn)記錄了重錘在不同時(shí)刻的位置，那么紙帶的(填“左”或“右”)端與重錘相連.設(shè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T，且0為打下的第一個(gè)點(diǎn).當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)“3”時(shí)，重錘的動(dòng)能表達(dá)式為，若以重錘的運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)0為參考點(diǎn)，當(dāng)打點(diǎn)“3”時(shí)重錘的機(jī)械能表達(dá)式為.解析(1)在此實(shí)驗(yàn)中不需要測(cè)出重錘的質(zhì)量，所以選項(xiàng)C沒(méi)必要；在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該先接通電源，再釋放紙帶，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤.(2)因?yàn)槭亲杂陕潴w運(yùn)動(dòng)，下落的距離應(yīng)該是越來(lái)越大，所以紙帶最左端與重錘相連.打點(diǎn)“3”時(shí)的瞬時(shí)速度v3，重錘動(dòng)能的表達(dá)式Ekmvm2，重錘重力勢(shì)能的表達(dá)式Epmgx3，重錘機(jī)械能的表達(dá)式

5、EEpEkmgx3.答案(1)CD(2)左mgx3反思總結(jié)1.安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小摩擦阻力.2.選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小.3.釋放紙帶前要保持紙帶豎直、靜止不動(dòng)，先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再釋放紙帶.考向2對(duì)數(shù)據(jù)處理及誤差的考查典例2(2016新課標(biāo)全國(guó)卷)某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和 40 Hz.打出紙帶的一部分如圖(b)所示.圖(a)圖(b)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率f，需要

6、用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)行推算.(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出：在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為，打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為，重物下落的加速度大小為.(2)已測(cè)得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%.由此推算出f為Hz.解析(1)利用做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，可得打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)重物下落的速度vB；打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度vC.根據(jù)加速度的定義，重物下落的加速度大小為a(v

7、CvB)f.(2)根據(jù)題述，重物下落受到的阻力為0.01mg，由牛頓第二定律得，mg0.01mgma，解得a0.99g.由0.99g，解得f40 Hz.答案(1)(2)40反思總結(jié)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)題多是對(duì)教材實(shí)驗(yàn)或常見練習(xí)題進(jìn)行器材和裝置的改換而成，解決此類問(wèn)題的思路是從機(jī)械能守恒的方程出發(fā)，按照實(shí)驗(yàn)題目的要求，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)或有關(guān)量的測(cè)量.考向3實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與改進(jìn)本實(shí)驗(yàn)可從下列三個(gè)方面改進(jìn)創(chuàng)新1.實(shí)驗(yàn)器材、裝置的改進(jìn)2.速度測(cè)量方法的改進(jìn)由光電門計(jì)算速度測(cè)量紙帶上各點(diǎn)速度3.實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)利用自由落體運(yùn)動(dòng)的閃光照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.典例3(2016江蘇卷)某同學(xué)用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證

8、機(jī)械能守恒定律.一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺(tái)上，鋼球靜止于A點(diǎn).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(guò)光電門的擋光時(shí)間t可由計(jì)時(shí)器測(cè)出，取v作為鋼球經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度.記錄鋼球每次下落的高度h和計(jì)時(shí)器示數(shù)t，計(jì)算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和A點(diǎn)之間的勢(shì)能變化大小Ep與動(dòng)能變化大小Ek，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒.甲乙(1)用Epmgh計(jì)算鋼球重力勢(shì)能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測(cè)量釋放時(shí)的鋼球球心到之間的豎直距離.A.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的頂端B.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的球心C.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的底端(2)用Ekmv2計(jì)算鋼球動(dòng)能變化的大小.用刻度尺測(cè)量遮

9、光條寬度，示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為cm.某次測(cè)量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.010 0 s.則鋼球的速度為vm/s.(3)下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)？請(qǐng)說(shuō)明理由.(4)請(qǐng)你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議.解析(1)要測(cè)量鋼球下落的高度，應(yīng)測(cè)量開始釋放時(shí)鋼球的球心到鋼球在A點(diǎn)時(shí)球心的豎直距離，選B.(2)根據(jù)題圖可知，遮光條的寬度為d1.50 cm，若計(jì)時(shí)器的示數(shù)為 0.010 0 s，則鋼球的速度

10、v m/s1.50 m/s.(3)由于空氣阻力的存在，鋼球下落過(guò)程中克服空氣阻力做功，因此動(dòng)能的增加量會(huì)小于重力勢(shì)能的減少量，而題中表格數(shù)值表明動(dòng)能的增加量大于重力勢(shì)能的減少量，顯然誤差不是由于空氣阻力造成的，而是由遮光條在鋼球的下面，測(cè)得的速度比鋼球的實(shí)際速度大造成的.(4)分別測(cè)出光電門和球心到懸點(diǎn)的長(zhǎng)度L和l，計(jì)算Ek時(shí)，將v折算成鋼球的速度vv.答案(1)B(2)1.50(1.491.51都算對(duì))1.50(1.491.51都算對(duì))(3)不同意，因?yàn)榭諝庾枇?huì)造成Ek小于Ep，但表中Ek大于Ep.(4)分別測(cè)出光電門和球心到懸點(diǎn)的長(zhǎng)度L和l，計(jì)算Ek時(shí)，將v折算成鋼球的速度vv.典例4(2017湖北孝感高三沖刺卷)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.甲如圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示.已知m150 g、m2150 g.則：(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)乙(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度vm/s.(2)在計(jì)數(shù)點(diǎn)05過(guò)程中系