（浙江專版）2019版高考物理大一輪復習 第五章 機械能守恒定律 實驗8 驗證機械能守恒定律學案

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1、 實驗8　驗證機械能守恒定律(必考) [考綱解讀]　(1)會根據(jù)紙帶測定下落的距離，掌握測量瞬時速度的方法。(2)能根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出實驗結論。(3)能對實驗誤差的產生原因作定性分析。 ,誤差分析 1.減小測量誤差：一是測下落距離時都從0點量起，一次將各打點對應下落高度測量完，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ΔEk＝mv必定稍小于重力勢能的減少量ΔEp＝mghn，改進辦法是調整器材的安裝，盡可能地減小阻力。 考點一　實驗原理與實驗操作 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以減

2、少摩擦阻力。 2.重物密度要大：重物應選用質量大、體積小、密度大的材料。 3.一先一后：應先接通電源，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用vn＝，不能用vn＝或vn＝gt來計算。 1.利用圖示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h。某班同學利用實驗得到的紙帶，設計了以下四種測量方案： A.用刻度尺測出物體下落的高度h，并測出下落時間t，通過v＝gt計算出瞬時速度v B.用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v＝計算出瞬時速度v C.根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上

3、某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過h＝計算出高度h D.用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運動時紙帶上某點的瞬時速度，等于這點前后相鄰兩點間的平均速度，測算出瞬時速度v 以上方案中只有一種正確，正確的是________。(填入相應的字母) 解析　在驗證機械能守恒定律的實驗中不能將物體下落的加速度看做g，只能把它當做未知的定值，所以正確方案只有D項。 答案　D 2.用如圖所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。實驗所用的電源為學生電源，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，對圖中紙帶

4、上的點痕進行測量，即可驗證機械能守恒定律。 (1)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟： A.按照圖示的裝置安裝器件 B.將打點計時器接到電源的“直流輸出”上 C.用天平測出重錘的質量 D.先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶 E.測量紙帶上某些點間的距離 F.根據(jù)測量的結果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能 其中沒有必要進行的步驟是________，操作不當?shù)牟襟E是________。 (2)利用這個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)的五個點A、B、C、D、E，測出各點之間的距離如圖所示，使用電源的頻率為f，則計算重錘下落的

5、加速度的表達式a＝________。(用x1、x2、x3、x4及f表示)。 解析　本題考查“驗證機械能守恒定律”的實驗步驟、數(shù)據(jù)處理和牛頓第二定律。(1)步驟C不必要。重錘的質量不需要測量，因為等式mgh＝mv2兩邊把質量約掉了；打點計時器使用的是低壓交流電源，所以步驟B是錯誤的。(2)為了減小實驗誤差，可以采用逐差法求加速度，x4－x2＝2aT2，x3－x1＝2aT2，所以由以上兩式得 a＝。 答案　(1)C　B　(2) 考點二　數(shù)據(jù)處理及誤差分析 數(shù)據(jù)處理的方法 方法一：用mv2＝mgh驗證時，利用起始點和第n點計算。 方法二：用mv－mv＝mgΔh驗證時，任取兩點計

6、算。 方法三：圖象法。從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出v2－h(huán)圖線。若在誤差允許的范圍內圖線是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律。 1.在進行“驗證機械能守恒定律”的實驗中： (1)兩實驗小組同學分別采用了如圖甲和乙所示的裝置，采用兩種不同的實驗方案進行實驗。 ①在圖甲中，下落物體應選擇密度________(選填“大”或“小”)的重物；在圖乙中，兩個重物的質量關系是m1________m2(選填“＞”、“＝”、“＜”)； ②采用圖乙的方案進行實驗，還需要的實驗器材有

7、交流電源，刻度尺和________； ③比較兩種實驗方案，你認為圖________(選填“甲”或“乙”)所示實驗方案更合理，理由是______________________________________________________。 (2)有一同學采用了圖甲所示的方案，選出一條紙帶如下圖所示，其中O點為起始點，A、B、C為三個計數(shù)點，打點計時器通以50 Hz交流電，在計數(shù)點A和B之間、B和C之間還各有一個點，重物的質量為0.5 kg，g取9.8 m/s2。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，打B點時重物的重力勢能比開始下落時減少了________ J，這時它的動能是________ J，根據(jù)上面這兩個數(shù)

8、據(jù)你能得到的結論是：__________。(結果保留三位有效數(shù)字) 解析　(1)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動，所以m1＞m2。②兩重物質量不等，分析系統(tǒng)損失的重力勢能是否近似等于增加的動能時，兩邊質量不能約去，故需要天平測量兩重物的質量。③題圖乙中所示實驗還受到細線與滑輪的阻力的影響，機械能損失較大，故題圖甲所示實驗方案較為合理。 (2)重力勢能減少量為ΔEp＝mghOB＝0.867 J；打B點時重物的速度為vB＝，打B點時重物的動能為ΔEkB＝m()2＝0.852 J，可見在誤差允許的范圍內，重物下落時機械能守恒。

9、答案　(1)①大　＞?、谔炱健、奂住D乙中還受到細線與滑輪的阻力的影響　(2)0.867　0.852　在誤差允許的范圍內，重物下落時機械能守恒 2.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、紙帶、重錘、天平、毫米刻度尺、50 Hz交流電源?；卮鹣铝袉栴}： (1)關于重錘的選用，以下說法正確的是(　　) A.選用重錘時，重的比輕的好 B.選用重錘時，密度大的比密度小的好 C.選用重錘后要稱質量 D.重錘所受重力要遠大于它所受的空氣阻力和打點計時器對紙帶的阻力 (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”、“

10、乙”、“丙”或“丁”)。作這樣選擇的原因是_________________________。 (3)在實驗中，由于打點計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大阻力，則結果(　　) A.mgh>mv2 B.mgh