2019年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 實驗06 驗證機械能守恒定律學(xué)案 新人教版

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1、實驗06　　驗證機械能守恒定律 (對應(yīng)學(xué)生用書P102) 一、實驗?zāi)康? 驗證機械能守恒定律． 二、實驗原理 通過實驗，求出做自由落體運動物體的重力勢能的減少量和相應(yīng)過程動能的增加量，若二者相等，說明機械能守恒，從而驗證機械能守恒定律． 三、實驗器材 打點計時器、電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(附夾子)、導(dǎo)線兩根 四、實驗步驟 1．安裝儀器 2．將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過打點計時器限位孔 3．用手提著紙帶，讓重物靠近打點計時器并處于靜止狀態(tài)下，然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由落下，紙帶上打下一系列小點 4．從幾條打下點的紙帶中挑選出點跡清楚的紙帶進

2、行測量 5．在起始點標上0，在以后各點依次標上1、2、3…，用刻度尺測出對應(yīng)下落高度h1、h2、h3… 　(2018·重慶市一中月考)(1)關(guān)于“驗證機械能守恒定律”的實驗中，以下說法中正確的是____________ A．實驗時需要稱出重物的質(zhì)量 B．實驗中摩擦是不可避免的，因此紙帶越短越好，因為紙帶越短，克服摩擦做的功就少，誤差就小 C．紙帶上打下的第1、2點間距超過2 mm，則無論怎樣處理數(shù)據(jù)，實驗誤差都會很大 D．實驗處理數(shù)據(jù)時，可直接利用打下的實際點跡，而不必采用“計數(shù)點”的方法 (2)若正確的操作完成實驗，正確的選出紙帶進行測量，量得連續(xù)三點A、B、C到第一個點O的距

3、離如下圖所示(相鄰計數(shù)點時間間隔為0.02 s)，當?shù)刂亓铀俣鹊闹禐?.8 m/s2，那么(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) ①紙帶的____________端與重物相連 ②打下計數(shù)點B時，重物的速度vB＝____________m/s ③在從起點O到打下計數(shù)點B的過程中，測得重物重力勢能的減少量ΔEp略大于動能的增加量ΔEk，這是因為________________________________________________. 解析：(1)A實驗時動能的增加量與重力勢能的減少量，均含有質(zhì)量，因此不需稱出重物的質(zhì)量，故A錯誤；B實驗中摩擦是不可避免的，因此紙帶短點好，因為紙帶越短，克

4、服摩擦力做的功就越少，但要通過測量長度來求出變化的高度與瞬時速度，因此太短導(dǎo)致誤差就越大，故B錯誤；C．若紙帶上第1、2兩點間距大于2 mm，可在后面選取兩個點用表達式mg·Δh＝mv－mv依然可以來驗證機械能守恒定律，故C錯誤；D處理打點的紙帶時，可以直接利用打點計時器打出的實際點跡，而不必采用“計數(shù)點”的方法，若采用計數(shù)點，會使測量長度變長，從而減小測量長度的誤差，故D正確．故選D． (2)①重物在開始下落時速度較慢，在紙帶上打的點較密，越往后，物體下落得越快，紙帶上的點越稀，所以紙帶上靠近重物的一端的點較密，因此紙帶的左端與重物相連． ②根據(jù)勻變速直線運動中間時刻的速度等于該過程的平

5、均速度有： vB＝＝m/s＝0.98 m/s. ③ΔEp>ΔEk說明有部分重力勢能變成了其他能，是因為下落存在摩擦阻力和空氣阻力的影響． 答案：(1)D　(2)①左　②0.98?、鄞嬖谧枇ψ龉? (對應(yīng)學(xué)生用書P103) 一、數(shù)據(jù)處理 計算速度vn＝ 方案一：利用起點和第n點：驗證ghn＝v 方案二：任取較遠兩點A、B：驗證ghAB＝v－v 二、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，一次將各點對應(yīng)下落高度測量完，二是多測幾次取平均值． 2．誤差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ΔEk＝mv必定稍小于重力勢能的減少量ΔEp＝mghn

6、，改進辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力． 三、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vn＝gt來計算． 　(2016·全國新課標卷Ⅰ)某同學(xué)用圖(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中打點計時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

7、) 圖(b) 該同學(xué)在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數(shù)據(jù)和其他題給條件進行推算． (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：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為____________，打出C點時重物下落的速度大小為____________，重物下落的加速度大小為____________. (2)已測得s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm；當重力加速度大小為9.80 m/s2，實驗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)打B點時，重

8、物下落的速度等于AC段的平均速度，所以vB＝＝；同理，打出C點時，重物下落的速度vC＝＝；加速度a＝＝. (2)由牛頓第二定律得：mg－kmg＝ma，解得：f＝ ，代入數(shù)值解得：f＝40 Hz. 答案：(1)(s1＋s2)f　(s2＋s3)f　(s3－s1)f2　(2)40 (對應(yīng)學(xué)生用書P103) 視角1　實驗器材、裝置的改進 視角2　速度測量方法的改進 由光電門計算速度測量紙帶上各點速度 視角3　實驗方案的改進 利用自由落體運動的閃光照片驗證機械能守恒定律． 　 (2016·江蘇卷)某同學(xué)用如圖所示的裝置驗證機械能守恒定律．一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜

9、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ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機械能是否守恒． (1)ΔEp＝mgh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ΔEk＝mv2計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮

10、光條寬度，示數(shù)如圖所示，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. (3)下表為該同學(xué)的實驗結(jié)果： ΔEp(×10－2 J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 ΔEk(×10－2 J) 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8 他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認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建議． 解析：(1)鋼球下落高度h，應(yīng)測量釋放時鋼球心到鋼球在A點時的球心之間的豎直距離，故選B． (2)遮光條的寬度d＝1.50 cm，鋼球的速度v＝＝1.50 m/s (3)不同意，因為空氣阻力會造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp. (4)分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v′＝v. 答案：(1)B　(2)1.50　1.50　(3)不同意　理由見解析　(4)見解析 5