2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)增分 專題6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案

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1、實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律考綱要求考情分析命題趨勢(shì)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律2017天津卷，9(2)2016全國(guó)卷，22本實(shí)驗(yàn)在全國(guó)高考考查頻率較高，應(yīng)給予足夠重視，要理解其實(shí)驗(yàn)原理，注意該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)創(chuàng)新，這也是高考的重點(diǎn)，要會(huì)根據(jù)機(jī)械能守恒定律靈活分析知識(shí)梳理夯實(shí)基礎(chǔ)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證機(jī)械能守恒定律二、實(shí)驗(yàn)原理1在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能互相轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能保持不變?nèi)粑矬w某時(shí)刻瞬時(shí)速度為v，下落高度為h，則重力勢(shì)能的減少量為mgh，動(dòng)能的增加量為mv2，看它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律2計(jì)算打第n個(gè)點(diǎn)時(shí)速度的方法：如圖所示，由公式可得第n個(gè)

2、點(diǎn)的速度vn.三、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)(含鐵夾)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)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(shí)驗(yàn)過(guò)程1安裝置：按圖所示將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)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(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)3選紙帶：在打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，在起點(diǎn)標(biāo)上0，以后各點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3、4用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度h1、h2、h3、h4五、數(shù)據(jù)處理1求瞬時(shí)速度由公式vn可以計(jì)算出重物下落h1、h2、h3的高度時(shí)

3、對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v32驗(yàn)證守恒方法一：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)誤差允許的范圍內(nèi)，ghnv，則說(shuō)明機(jī)械能守恒定律是正確的方法二：任取兩點(diǎn)A、B測(cè)出hAB，算出ghAB和的值，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，ghABvv，則說(shuō)明機(jī)械能守恒定律是正確的方法三：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)械能守恒六、誤差分析1系統(tǒng)誤差：本實(shí)驗(yàn)中因重錘和紙帶在下落過(guò)程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力

4、)做功，故動(dòng)能的增加量Ek稍小于重力勢(shì)能的減少量Ep，即EkEk，所以空氣阻力會(huì)造成EpEk，但表中為EkEp，因此不同意他的觀點(diǎn)(4)鋼球球心和遮光條都繞懸點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)半徑不同，因此分別測(cè)出光電門和球心到懸點(diǎn)的長(zhǎng)度L和l，遮光條在光電門處的速度v，則鋼球的速度vl，可以減小表中差異對(duì)應(yīng)演練遷移運(yùn)用1.如圖為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖現(xiàn)有的器材為帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶夾子的重錘、天平回答下列問(wèn)題：(1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器材有_AD_.(填入正確選項(xiàng)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(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生

5、的原因有_紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦；用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)讀數(shù)有誤差_.(寫出兩個(gè)原因)解析本實(shí)驗(yàn)需測(cè)量長(zhǎng)度，但不需要計(jì)時(shí)，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要用交流電源，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確(2)摩擦和長(zhǎng)度測(cè)量讀數(shù)問(wèn)題是產(chǎn)生誤差的主要原因2小張同學(xué)準(zhǔn)備做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)，小李同學(xué)準(zhǔn)備做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)(1)圖甲中A、B、C、D、E表示部分實(shí)驗(yàn)器材，小張同學(xué)需要在圖中選用的器材_AB_；小李同學(xué)需在圖中選用的器材_BDE_.(用字母表示)(2)小李同學(xué)在實(shí)驗(yàn)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

6、_m/s2(2.32.7_m/s2均可)_.解析(1)要采用落體法做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)，需要下落的重物A和計(jì)時(shí)用的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B；要做“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，需要研究對(duì)象小車D，拉動(dòng)小車的鉤碼E及計(jì)時(shí)用的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B(2)紙帶的加速度大小為a1 m/s22.5 m/s2，紙帶的加速度大小為a2 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(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)械能守恒定律如圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條

7、紙帶：0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，所用電源的頻率為50 Hz，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示已知m150 g、m2150 g，則：(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v5_2.4_m/s；(2)在打下第0點(diǎn)到打下第5點(diǎn)的過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量Ek_0.58_J，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量Ep_0.60_J；(取當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭10 m/s2)(3)若某同學(xué)作出v2h圖象如圖丙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭_9.7_m/s2.解析(1)v5 m/s2.4 m/s，(2)Ek(m1m2)v00.58 J，Epm2gh5m1gh50.60 J.(3)由(m2

8、m1)gh(m1m2)v2知，即圖線的斜率k，解得g9.7 m/s2.4利用圖甲裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)間的_A_.A動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量B速度變化量與勢(shì)能變化量C速度變化量與高度變化量除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)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(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測(cè)得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC.已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T.設(shè)重物的質(zhì)

9、量為m.從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能變化量Ep_mghB_，動(dòng)能變化量Ek_m2_.大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，原因是_C_.A利用公式vgt計(jì)算重物速度B利用公式v計(jì)算重物速度C存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D沒(méi)有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒：在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2h圖象，并做如下判斷：若圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，則重物下落過(guò)程中機(jī)械能守恒請(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確解析只需要比較重物下落過(guò)程中，任意兩點(diǎn)間的動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量是否相等，即可驗(yàn)

10、證機(jī)械能是否守恒，故選A打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要接交流電源，故選A；還需要用刻度尺測(cè)量重物下落的高度，故還要選B從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能減少mghB，變化量為mghB；打B點(diǎn)的速度vB，動(dòng)能Ek，聯(lián)立解得Ekm2，故動(dòng)能變化量EkEk0m()2.由于存在空氣阻力和摩擦阻力的影響，導(dǎo)致重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，多次實(shí)驗(yàn)取平均值無(wú)法消除系統(tǒng)誤差，故選項(xiàng)C正確在重物下落h的過(guò)程中，若阻力Ff恒定，由動(dòng)能定理得，mghFfh，解得v22(g)h，故v2h圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，但還要看圖線的斜率是否在誤差允許的范圍內(nèi)接近2g，才能用該法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律答案該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確在重物下落h的過(guò)程中，若阻力f恒定，由mghfhmv20得，v22(g)h可知，v2h圖象就是過(guò)原點(diǎn)的一條直線要想通過(guò)v2h圖象的方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，還必須看圖象的斜率是否接近2g.10