【2015年廣東高考物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)】實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

1、實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(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)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，盡可能地減小阻力注意事項(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(kāi)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.熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操

2、作【典例1】 在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，電源的頻率為50 Hz，依次打出的點(diǎn)為0,1,2,3，4，n.則：圖1(1)如用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來(lái)驗(yàn)證，必須直接測(cè)量的物理量為_(kāi)、_、_，必須計(jì)算出的物理量為_(kāi)、_，驗(yàn)證的表達(dá)式為_(kāi).(2)下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是_(填寫(xiě)步驟前面的字母)A將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺(tái)上B接通電源，再松開(kāi)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€(gè)面)重新做實(shí)驗(yàn)D將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用手提著紙帶E選擇一條紙帶，用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h1，h2，h3hn，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1，v2，v3vnF

3、分別算出mv和mghn，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)看是否相等解析(1)要驗(yàn)證從第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶對(duì)應(yīng)重物的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒，應(yīng)測(cè)出第2點(diǎn)到第6點(diǎn)的距離h26，要計(jì)算第2點(diǎn)和第6點(diǎn)的速度v2和v6，必須測(cè)出第1點(diǎn)到第3點(diǎn)之間的距離h13和第5點(diǎn)到第7點(diǎn)之間的距離h57，機(jī)械能守恒的表達(dá)式為mgh26mvmv(2)實(shí)驗(yàn)操作順序?yàn)锳DBCEF.答案(1)第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的距離h26第1點(diǎn)到第3點(diǎn)之間的距離h13第5點(diǎn)到第7點(diǎn)之間的距離h57第2點(diǎn)的瞬時(shí)速度v2第6點(diǎn)的瞬時(shí)速度v6mgh26mvmv(2)ADBCEF【跟蹤短訓(xùn)】1利用圖2實(shí)驗(yàn)裝置探究重物下落過(guò)程中動(dòng)能與重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化問(wèn)題圖2 (1)

4、實(shí)驗(yàn)操作步驟如下，請(qǐng)將步驟B補(bǔ)充完整：A按實(shí)驗(yàn)要求安裝好實(shí)驗(yàn)裝置；B使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，接著先_，后_，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)；C圖3為一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶，O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一點(diǎn)分別測(cè)出若干連續(xù)點(diǎn)A、B、C與O點(diǎn)之間的距離h1、h2、h3.圖3(2)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T(mén)，重物質(zhì)量為m，重力加速度為g，結(jié)合實(shí)驗(yàn)中所測(cè)得的h1、h2、h3，可得重物下落到B點(diǎn)時(shí)的速度大小為_(kāi)，紙帶從O點(diǎn)下落到B點(diǎn)的過(guò)程中，重物增加的動(dòng)能為_(kāi)，減少的重力勢(shì)能為_(kāi)(3)取打下O點(diǎn)時(shí)重物的重力勢(shì)能為零，計(jì)算出該重物下落不同高度h時(shí)所對(duì)應(yīng)的動(dòng)能Ek和重力勢(shì)能Ep，建立坐標(biāo)系，橫軸表示h，縱軸表

5、示Ek和Ep，根據(jù)以上數(shù)據(jù)在圖4中繪出圖線和圖線.已求得圖線斜率的絕對(duì)值k12.94 J/m，請(qǐng)計(jì)算圖線的斜率k2_J/m(保留三位有效數(shù)字)重物和紙帶下落過(guò)程中所受平均阻力與重物所受重力的比值為_(kāi)(用k1和k2表示)圖4(4)通過(guò)對(duì)k1和k2的比較分析，可得到的結(jié)論是(只要求寫(xiě)出一條)：_.解析(3)對(duì)圖線：Epmgh，即k1mg.對(duì)圖線：Ek(mgFf)h，即k2mgFf，所以Ffk1k2，.答案(1)接通電源放開(kāi)紙帶(2)mgh2(3)2.80(2.732.87均可)(k1用mg表示也可)(4)k2小于k1，動(dòng)能的增量小于重力勢(shì)能的減少量(其他結(jié)論合理的也可)熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及誤差分

6、析【典例2】 用如圖5甲所示實(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(kāi)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(g取10 m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖5(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v5_ m/s；(2)在打點(diǎn)05過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量Ek_ J，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量Ep=_J，由此得出的結(jié)論是_；(3)若某同學(xué)作出的v2h圖象如圖6所示，則當(dāng)?shù)氐膶?shí)際重力加速度g_ m

7、/s2.圖6解析(1)v5 m/s2.4 m/s.(2)動(dòng)能的增加量Ek(m1m2)v0.58 J；系統(tǒng)勢(shì)能的減少量Ep(m2m1)gh0.60 J，故在誤差允許的范圍內(nèi)，兩者相等，m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒(3)由(m1m2)v2(m2m1)gh，得k，即 m/s24.85 m/s2，g9.7 m/s2.答案(1)2.4(2)0.580.60在誤差允許的范圍內(nèi)，m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒(3)9.7反思總結(jié)數(shù)據(jù)處理的方法方法一：用mv2mgh驗(yàn)證時(shí)，利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算方法二：用mvmvmgh驗(yàn)證時(shí)，任取兩點(diǎn)計(jì)算方法三：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，

8、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)圖線是一條過(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【跟蹤短訓(xùn)】2(2013南京模擬)某實(shí)驗(yàn)小組在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，提出了如圖7所示的甲、乙兩種方案：甲方案為用自由落體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，乙方案為用小車(chē)在斜面上下滑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)圖7(1)組內(nèi)同學(xué)對(duì)兩種方案進(jìn)行了深入的討論分析，最終確定了一個(gè)大家認(rèn)為誤差相對(duì)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8所示，相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.02 s，請(qǐng)根據(jù)紙帶計(jì)算出B點(diǎn)的速度大小_m/s(結(jié)

9、果保留三位有效數(shù)字)圖8(3)該小組內(nèi)同學(xué)們根據(jù)紙帶算出了相應(yīng)點(diǎn)的速度，作出v2h圖線如圖9所示，請(qǐng)根據(jù)圖線計(jì)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9解析(1)甲，理由是：采用乙圖實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于小車(chē)和斜面間存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小車(chē)在下滑過(guò)程中機(jī)械能不守恒，故乙圖不能用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(2)vB1.37 m/s；(3)因?yàn)閙ghmv2，所以v22gh，圖線的斜率是2g，可得g9.7 m/s2或g9.8 m/s2.答案(1)甲采用乙圖實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于小車(chē)和斜面間存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小車(chē)在下滑過(guò)程中機(jī)械能不守恒，故乙圖不能用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(2)1.

10、37(3)9.7或9.8探究高考命題視角以本實(shí)驗(yàn)為背景，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開(kāi)放性、探究性、實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)等特點(diǎn)視角1實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)由系統(tǒng)動(dòng)能、重力勢(shì)能的變化驗(yàn)證機(jī)械能守恒，所用實(shí)驗(yàn)器材：光電門(mén)、氣墊導(dǎo)軌(如典例3)通過(guò)小球自由落體運(yùn)動(dòng)的閃光照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒，如探究跟蹤3.視角2計(jì)算法數(shù)據(jù)處理【典例3】 利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖10所示：圖10(1)實(shí)驗(yàn)步驟將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平；用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光條的寬度l9.30 mm；由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門(mén)中心之間的距離s_ cm；將滑塊移至

11、光電門(mén)1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動(dòng)時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過(guò)光電門(mén)2；從數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫(huà)出)上分別讀出擋光條通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2所用的時(shí)間t1和t2；用天平稱(chēng)出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱(chēng)出托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m.(2)用表示直接測(cè)量量的字母寫(xiě)出下列所示物理量的表達(dá)式滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1_和v2_.當(dāng)滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí)，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤(pán)和砝碼)的總動(dòng)能分別為Ek1_和Ek2_.在滑塊從光電門(mén)1運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)2的過(guò)程中，系統(tǒng)勢(shì)能的減少Ep_(重力加速度為g)(3)如果Ep_，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律解析由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門(mén)中心之

12、間的距離s80.30 cm20.30 cm60.00 cm.由于擋光條寬度很小，因此將擋光條通過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均速度看做瞬時(shí)速度，擋光條的寬度l可用游標(biāo)卡尺測(cè)量，擋光時(shí)間t可從數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出，因此，滑塊通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度為，則通過(guò)光電門(mén)1時(shí)瞬時(shí)速度為，通過(guò)光電門(mén)2時(shí)瞬時(shí)速度為.由于質(zhì)量事先已用天平測(cè)出，由公式Ekmv2可得：系統(tǒng)通過(guò)光電門(mén)1時(shí)動(dòng)能Ek1(Mm)2，系統(tǒng)通過(guò)光電門(mén)2時(shí)動(dòng)能Ek2(Mm)2.末動(dòng)能減初動(dòng)能可得動(dòng)能的增加量?jī)晒怆婇T(mén)中心之間的距離s即砝碼和托盤(pán)下落的高度，系統(tǒng)勢(shì)能的減小量Epmgs，最后對(duì)比Ek2Ek1與Ep數(shù)值大小，在誤差允許的范圍內(nèi)相等，就驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律答案(

13、1)60.00(59.9660.04)(2)(Mm)2(Mm)2mgs(3)Ek2Ek1【探究跟蹤】(2013海南卷，11)某同學(xué)用圖11(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間9.80 m/s2.實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)得到的一條點(diǎn)跡清晰的完整紙帶如圖(b)所示紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)記為O，另選連續(xù)的三個(gè)點(diǎn)A、B、C進(jìn)行測(cè)量，圖中給出了這三個(gè)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離hA、hB和hC的值回答下列問(wèn)題(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖11(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，重物速度的大小vB_ m/s；(2)通過(guò)分析該同學(xué)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律？簡(jiǎn)要

14、說(shuō)明分析的依據(jù)解析(1)由勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于平均速度可知vB，由電源頻率為50 Hz可知T0.02 s，代入其他數(shù)據(jù)可解得vB3.90 m/s.(2)本實(shí)驗(yàn)是利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，只要在誤差允許范圍內(nèi)，重物重力勢(shì)能的減少等于其動(dòng)能的增加，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律選B點(diǎn)分析，由于mv7.61m，mghB7.857m，故該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果近似驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律答案(1)3.90(2)7.61(m/s)2，因?yàn)閙vmghB，近似驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律12013重慶卷，6(1)我國(guó)艦載飛機(jī)在“遼寧艦”上成功著艦后，某課外活動(dòng)小組對(duì)艦載飛機(jī)利用阻攔索著艦的力學(xué)問(wèn)題很感興趣他們找

15、來(lái)了木板、鋼球、鐵釘、橡皮條以及墨水，制作了如圖12所示的裝置，準(zhǔn)備定量研究鋼球在橡皮條阻攔下前進(jìn)的距離與被阻攔前速率的關(guān)系要達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模柚苯訙y(cè)量的物理量是鋼球由靜止釋放時(shí)的_和在橡皮條阻攔下前進(jìn)的距離，還必須增加的一種實(shí)驗(yàn)器材是_忽略鋼球所受的摩擦力和空氣阻力，重力加速度已知，根據(jù)_定律(定理)，可得到鋼球被阻攔前的速率圖12解析根據(jù)機(jī)械能守恒定律(或動(dòng)能定理)可知mghmv2，v，要研究v與前進(jìn)的距離的關(guān)系，需要直接測(cè)出鋼球距水平木板的高度h，要測(cè)距離及高度，必須增加實(shí)驗(yàn)器材刻度尺答案高度(距水平木板的高度)刻度尺機(jī)械能守恒(動(dòng)能)2(2013河北百校聯(lián)考)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)

16、裝置可以采用圖13所示的甲或乙方案來(lái)進(jìn)行圖13(1)比較這兩種方案，_(填“甲”或“乙”)方案好些(2)該同學(xué)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)情形如圖丙所示，接通電源釋放紙帶請(qǐng)指出該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中存在的兩處明顯錯(cuò)誤或不當(dāng)?shù)牡胤剑篲；_.(3)該實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶，且測(cè)得每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖丁中所示已知相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T0.1 s則物體運(yùn)動(dòng)的加速度a_；該紙帶是采用_(填“甲”或“乙”)實(shí)驗(yàn)方案得到的解析由xaT2，利用逐差法得到物體運(yùn)動(dòng)的加速度a4.8 m/s2.若用自由落體實(shí)驗(yàn)測(cè)得物體運(yùn)動(dòng)的加速度a應(yīng)該接近10 m/s2，所以該紙帶是采用“乙”實(shí)驗(yàn)方案得到的答案(1)甲(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接了直流電

17、源重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)(3)4.8 m/s2乙圖143(2013全國(guó)大綱，23)測(cè)量小物塊Q與平板P之間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖14所示AB是半徑足夠大的、光滑的四分之一圓弧軌道，與水平固定放置的P板的上表面BC在B點(diǎn)相切，C點(diǎn)在水平地面的垂直投影為C.重力加速度大小為g.實(shí)驗(yàn)步驟如下：用天平稱(chēng)出物塊Q的質(zhì)量m；測(cè)量出軌道AB的半徑R、BC的高度L和CC的高度h；將物塊Q在A點(diǎn)從靜止釋放，在物塊Q落地處標(biāo)記其落地點(diǎn)D；重復(fù)步驟，共做10次；將10個(gè)落地點(diǎn)用一個(gè)盡量小的圓圍住，用米尺測(cè)量圓心到C的距離s.(1)用實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量量表示：()物塊Q到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能EkB_；()物塊Q到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能EkC_；()在物塊Q從B運(yùn)動(dòng)到C的過(guò)程中，物塊Q克服摩擦力做的功Wf_；()物塊Q與平板P之間的動(dòng)摩擦因數(shù)_.(2)回答下列問(wèn)題：()實(shí)驗(yàn)步驟的目的是_；()已知實(shí)驗(yàn)測(cè)得的值比實(shí)際值偏大，其原因除了實(shí)驗(yàn)中測(cè)量量的誤差之外，其他的可能是_(寫(xiě)出一個(gè)可能的原因即可)解析(1)()AB過(guò)程中，機(jī)械能守恒，得Ek