2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)8 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案

1、實(shí)驗(yàn)8驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(必考)考綱解讀(1)會根據(jù)紙帶測定下落的距離，掌握測量瞬時(shí)速度的方法。(2)能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。(3)能對實(shí)驗(yàn)誤差的產(chǎn)生原因作定性分析。,誤差分析1.減小測量誤差：一是測下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)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?？键c(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作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

2、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.測長度，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來計(jì)算。1.利用圖示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h。某班同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，設(shè)計(jì)了以下四種測量方案：A.用刻度尺測出物體下落的高度h，并測出下落時(shí)間t，通過vgt計(jì)算出瞬時(shí)速度vB.用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v計(jì)算出瞬時(shí)速度vC.根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測算出瞬時(shí)速度v，并通過h計(jì)算出高度hD.用刻度

3、尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測算出瞬時(shí)速度v以上方案中只有一種正確，正確的是_。(填入相應(yīng)的字母)解析在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中不能將物體下落的加速度看做g，只能把它當(dāng)做未知的定值，所以正確方案只有D項(xiàng)。答案D2.用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(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，輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種。重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對圖中紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(1)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：A.按照圖示的裝置安裝器件B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流

4、輸出”上C.用天平測出重錘的質(zhì)量D.先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶E.測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離F.根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能其中沒有必要進(jìn)行的步驟是_，操作不當(dāng)?shù)牟襟E是_。(2)利用這個(gè)裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值。根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測出各點(diǎn)之間的距離如圖所示，使用電源的頻率為f，則計(jì)算重錘下落的加速度的表達(dá)式a_。(用x1、x2、x3、x4及f表示)。解析本題考查“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理和牛頓第二定律。(1)步驟C不必要。重錘的質(zhì)量不需要測量，因?yàn)榈仁絤ghmv2兩邊把質(zhì)量約掉了

5、；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是低壓交流電源，所以步驟B是錯誤的。(2)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，可以采用逐差法求加速度，x4x22aT2，x3x12aT2，所以由以上兩式得a。答案(1)CB(2)考點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理及誤差分析數(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)圖線是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。1.在進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：(1)兩

6、實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)分別采用了如圖甲和乙所示的裝置，采用兩種不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在圖甲中，下落物體應(yīng)選擇密度_(選填“大”或“小”)的重物；在圖乙中，兩個(gè)重物的質(zhì)量關(guān)系是m1_m2(選填“”、“”、“”)；采用圖乙的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有交流電源，刻度尺和_；比較兩種實(shí)驗(yàn)方案，你認(rèn)為圖_(選填“甲”或“乙”)所示實(shí)驗(yàn)方案更合理，理由是_。(2)有一同學(xué)采用了圖甲所示的方案，選出一條紙帶如下圖所示，其中O點(diǎn)為起始點(diǎn)，A、B、C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以50 Hz交流電，在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B之間、B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn)，重物的質(zhì)量為0.5 kg，g取9.8 m/s2。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，打B點(diǎn)時(shí)重物的

7、重力勢能比開始下落時(shí)減少了_ J，這時(shí)它的動能是_ J，根據(jù)上面這兩個(gè)數(shù)據(jù)你能得到的結(jié)論是：_。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)解析(1)為了減小空氣阻力的影響，選擇體積小、密度大的重物；在題圖乙中，m2在m1的拉力作用下向上運(yùn)動，所以m1m2。兩重物質(zhì)量不等，分析系統(tǒng)損失的重力勢能是否近似等于增加的動能時(shí)，兩邊質(zhì)量不能約去，故需要天平測量兩重物的質(zhì)量。題圖乙中所示實(shí)驗(yàn)還受到細(xì)線與滑輪的阻力的影響，機(jī)械能損失較大，故題圖甲所示實(shí)驗(yàn)方案較為合理。(2)重力勢能減少量為EpmghOB0.867 J；打B點(diǎn)時(shí)重物的速度為vB，打B點(diǎn)時(shí)重物的動能為EkBm()20.852 J，可見在誤差允許的范圍內(nèi)，重物下落

8、時(shí)機(jī)械能守恒。答案(1)大天平甲圖乙中還受到細(xì)線與滑輪的阻力的影響(2)0.8670.852在誤差允許的范圍內(nèi)，重物下落時(shí)機(jī)械能守恒2.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、重錘、天平、毫米刻度尺、50 Hz交流電源?；卮鹣铝袉栴}：(1)關(guān)于重錘的選用，以下說法正確的是()A.選用重錘時(shí)，重的比輕的好B.選用重錘時(shí)，密度大的比密度小的好C.選用重錘后要稱質(zhì)量D.重錘所受重力要遠(yuǎn)大于它所受的空氣阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對紙帶的阻力(2)如圖所示，釋放紙帶前的瞬間，重錘和手的位置合理的是_(填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”)。作這樣選擇的原因是_。(3)在實(shí)驗(yàn)中，由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時(shí)受到較大阻力，則結(jié)果()A.mghmv2 B.mghmv2C.mghmv2 D.以上都有可能解析(1)選重錘應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。故選項(xiàng)A、B、D正確。(2)實(shí)驗(yàn)中要讓重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，可以在紙帶上記錄足夠多的點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)中手提著紙帶上端并保持紙帶豎直，可以減少紙帶與限位孔間的摩擦阻力，故丙正確。原因如上所述。(3)重物帶動紙帶下落過程中，除了重力還受到較大的阻力，從能量轉(zhuǎn)化的角度看，由于阻