2019年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)06 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案 新人教版

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1、實(shí)驗(yàn)06　　驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 (對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P102) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律． 二、實(shí)驗(yàn)原理 通過實(shí)驗(yàn)，求出做自由落體運(yùn)動(dòng)物體的重力勢(shì)能的減少量和相應(yīng)過程動(dòng)能的增加量，若二者相等，說明機(jī)械能守恒，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律． 三、實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(tái)(附夾子)、導(dǎo)線兩根 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．安裝儀器 2．將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔 3．用手提著紙帶，讓重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并處于靜止?fàn)顟B(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(diǎn) 4．從幾條打下點(diǎn)的紙帶中挑選出點(diǎn)跡清楚的紙帶進(jìn)

2、行測(cè)量 5．在起始點(diǎn)標(biāo)上0，在以后各點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3…，用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度h1、h2、h3… 　(2018·重慶市一中月考)(1)關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，以下說法中正確的是____________ A．實(shí)驗(yàn)時(shí)需要稱出重物的質(zhì)量 B．實(shí)驗(yàn)中摩擦是不可避免的，因此紙帶越短越好，因?yàn)榧垘г蕉?，克服摩擦做的功就少，誤差就小 C．紙帶上打下的第1、2點(diǎn)間距超過2 mm，則無論怎樣處理數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)誤差都會(huì)很大 D．實(shí)驗(yàn)處理數(shù)據(jù)時(shí)，可直接利用打下的實(shí)際點(diǎn)跡，而不必采用“計(jì)數(shù)點(diǎn)”的方法 (2)若正確的操作完成實(shí)驗(yàn)，正確的選出紙帶進(jìn)行測(cè)量，量得連續(xù)三點(diǎn)A、B、C到第一個(gè)點(diǎn)O的距

3、離如下圖所示(相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02 s)，當(dāng)?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(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)，重物的速度vB＝____________m/s ③在從起點(diǎn)O到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B的過程中，測(cè)得重物重力勢(shì)能的減少量ΔEp略大于動(dòng)能的增加量ΔEk，這是因?yàn)開_______________________________________________. 解析：(1)A實(shí)驗(yàn)時(shí)動(dòng)能的增加量與重力勢(shì)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(cuò)誤；B實(shí)驗(yàn)中摩擦是不可避免的，因此紙帶短點(diǎn)好，因?yàn)榧垘г蕉?，?/p>

4、服摩擦力做的功就越少，但要通過測(cè)量長度來求出變化的高度與瞬時(shí)速度，因此太短導(dǎo)致誤差就越大，故B錯(cuò)誤；C．若紙帶上第1、2兩點(diǎn)間距大于2 mm，可在后面選取兩個(gè)點(diǎn)用表達(dá)式mg·Δh＝mv－mv依然可以來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，故C錯(cuò)誤；D處理打點(diǎn)的紙帶時(shí)，可以直接利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的實(shí)際點(diǎn)跡，而不必采用“計(jì)數(shù)點(diǎn)”的方法，若采用計(jì)數(shù)點(diǎn)，會(huì)使測(cè)量長度變長，從而減小測(cè)量長度的誤差，故D正確．故選D． (2)①重物在開始下落時(shí)速度較慢，在紙帶上打的點(diǎn)較密，越往后，物體下落得越快，紙帶上的點(diǎn)越稀，所以紙帶上靠近重物的一端的點(diǎn)較密，因此紙帶的左端與重物相連． ②根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)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(shì)能變成了其他能，是因?yàn)橄侣浯嬖谀Σ磷枇涂諝庾枇Φ挠绊懀? 答案：(1)D　(2)①左?、?.98　③存在阻力做功 (對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P103) 一、數(shù)據(jù)處理 計(jì)算速度vn＝ 方案一：利用起點(diǎn)和第n點(diǎn)：驗(yàn)證ghn＝v 方案二：任取較遠(yuǎn)兩點(diǎn)A、B：驗(yàn)證ghAB＝v－v 二、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．誤差由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功．故動(dòng)能的增加量ΔEk＝mv必定稍小于重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝mghn

6、，改進(jìn)辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力． 三、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，后松開紙帶讓重物下落． ④測(cè)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vn＝gt來計(jì)算． 　(2016·全國新課標(biāo)卷Ⅰ)某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為____________，打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為____________，重物下落的加速度大小為____________. (2)已測(cè)得s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm；當(dāng)重力加速度大小為9.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)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(diǎn)時(shí)，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(diǎn)時(shí)，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(duì)應(yīng)學(xué)生用書P103) 視角1　實(shí)驗(yàn)器材、裝置的改進(jìn) 視角2　速度測(cè)量方法的改進(jìn) 由光電門計(jì)算速度測(cè)量紙帶上各點(diǎn)速度 視角3　實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn) 利用自由落體運(yùn)動(dòng)的閃光照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律． 　 (2016·江蘇卷)某同學(xué)用如圖所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺(tái)上，鋼球靜

9、止于A點(diǎn)，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(shí)間t可由計(jì)時(shí)器測(cè)出，取v＝作為鋼球經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的速度．記錄鋼球每次下落的高度h和計(jì)時(shí)器示數(shù)t，計(jì)算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和A點(diǎn)之間的勢(shì)能變化大小ΔEp與動(dòng)能變化大小ΔEk，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒． (1)ΔEp＝mgh計(jì)算鋼球重力勢(shì)能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測(cè)量釋放時(shí)的鋼球球心到____________之間的豎直距離． A．鋼球在A點(diǎn)時(shí)的頂端 B．鋼球在A點(diǎn)時(shí)的球心 C．鋼球在A點(diǎn)時(shí)的底端 (2)用ΔEk＝mv2計(jì)算鋼球動(dòng)能變化的大小，用刻度尺測(cè)量遮

10、光條寬度，示數(shù)如圖所示，其讀數(shù)為____________cm.某次測(cè)量中，計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)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(rèn)為這是由于空氣阻力造成的．你是否同意他的觀點(diǎn)？請(qǐng)說明理由． (4)請(qǐng)你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議． 解析：(1)鋼球下落高度h，應(yīng)測(cè)量釋放時(shí)鋼球心到鋼球在A點(diǎn)時(shí)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?yàn)榭諝庾枇?huì)造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp. (4)分別測(cè)出光電門和球心到懸點(diǎn)的長度L和l，計(jì)算ΔEk時(shí)，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