2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第6章 機(jī)械能及其守恒定律 實(shí)驗(yàn)專題（六）第30講 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案（含解析）.doc

《2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第6章 機(jī)械能及其守恒定律 實(shí)驗(yàn)專題（六）第30講 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案（含解析）.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第6章 機(jī)械能及其守恒定律 實(shí)驗(yàn)專題（六）第30講 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案（含解析）.doc（22頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

第30講驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證機(jī)械能守恒定律。二、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)?？键c(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作一、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。若物體某時(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gh和v2在實(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)瞬時(shí)速度的方法：如圖所示，由公式可得打第n個(gè)點(diǎn)時(shí)的速度vn。二、實(shí)驗(yàn)步驟1將調(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從已打出的紙帶中，選出第一、二點(diǎn)間的距離接近2 mm并且點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量。4在挑選的紙帶上，記下第一點(diǎn)的位置O，并在紙帶上從任意點(diǎn)開始依次選取幾個(gè)點(diǎn)1、2、3、4、并量出各點(diǎn)到位置O的距離，這些距離就是物體運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)1、2、3、4、時(shí)下落的高度h1、h2、h3、h4、。三、注意事項(xiàng)1打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺(tái)上，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整到同一豎直平面內(nèi)，以減小摩擦阻力。2重物要選用密度大、體積小的物體，這樣可以減小空氣阻力的影響，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差。3實(shí)驗(yàn)中，需保持提紙帶的手不動(dòng)，且保證紙帶豎直，待接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后，再松開紙帶。4測(cè)量下落高度時(shí)，為了減小測(cè)量值h的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)一些，紙帶也不宜過(guò)長(zhǎng)，有效長(zhǎng)度可在6080 cm之間。5不需測(cè)出物體質(zhì)量，只需驗(yàn)證vghn即可。6速度不能用vngtn或vn計(jì)算，因?yàn)橹灰J(rèn)為加速度為g，機(jī)械能當(dāng)然守恒，即相當(dāng)于用機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，所以速度應(yīng)從紙帶上直接測(cè)量計(jì)算。同樣的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測(cè)量，而不能用hngt或hn計(jì)算得到。四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)1物體下落過(guò)程中通過(guò)某一位置的速度可以用光電計(jì)時(shí)器測(cè)出來(lái)，利用這種裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，能消除計(jì)算速度時(shí)測(cè)量長(zhǎng)度帶來(lái)的偶然誤差。2整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置可以放在真空的環(huán)境中操作，如用牛頓管和頻閃照相進(jìn)行驗(yàn)證，以消除由于空氣阻力作用而帶來(lái)的誤差。3為防止重物被釋放時(shí)的初速度不為零，可將裝置改成如圖所示形式，剪斷紙帶最上端，讓重物從靜止開始下落。(2017天津高考)如圖所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開始自由下落，利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(1)對(duì)于該實(shí)驗(yàn)，下列操作中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有利的是_。A重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘B兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對(duì)正C精確測(cè)量出重物的質(zhì)量D用手托穩(wěn)重物，接通電源后，撤手釋放重物(2)某實(shí)驗(yàn)小組利用上述裝置將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到50 Hz的交流電源上，按正確操作得到了一條完整的紙帶，由于紙帶較長(zhǎng)，圖中有部分未畫出，如圖所示。紙帶上各點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)，其中O點(diǎn)為紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)。重物下落高度應(yīng)從紙帶上計(jì)時(shí)點(diǎn)間的距離直接測(cè)出，利用下列測(cè)量值能完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的選項(xiàng)有_。AOA、AD和EG的長(zhǎng)度 BOC、BC和CD的長(zhǎng)度CBD、CF和EG的長(zhǎng)度 DAC、BD和EG的長(zhǎng)度解析(1)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，為降低空氣阻力的影響，重物的質(zhì)量和密度要大，A正確；為減小紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦，兩限位孔要在同一豎直平面內(nèi)上下對(duì)正，B正確；驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式為mghmv2，重物的質(zhì)量沒(méi)必要測(cè)量，C錯(cuò)誤；D中做法對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差無(wú)影響，D錯(cuò)誤。(2)利用紙帶數(shù)據(jù)，根據(jù)mghmv2即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。要從紙帶上測(cè)出重物下落的高度并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的速度，選項(xiàng)A、D的條件中，下落高度與所能計(jì)算的速度不對(duì)應(yīng)；選項(xiàng)B的條件符合要求，可以取重物下落OC段處理；選項(xiàng)C中，可以求出C、F點(diǎn)的瞬時(shí)速度，又知CF間的距離，可以利用mvmvmgh驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。答案(1)AB(2)BC方法感悟除用v2gh來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律外，還可以用vvg(h2h1)來(lái)驗(yàn)證，要注意速度與高度的對(duì)應(yīng)。 (2016北京高考)利用圖1裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。(1)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動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量B速度變化量和勢(shì)能變化量C速度變化量和高度變化量(2)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_。A交流電源B刻度尺C天平(含砝碼)(3)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖2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)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_，動(dòng)能變化量Ek_。(4)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_。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(5)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)的判斷是否正確。答案(1)A(2)AB(3)mghBm2(4)C(5)不正確，理由見(jiàn)解析解析(1)重物下落過(guò)程中重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加，故該實(shí)驗(yàn)需要比較重物下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)間的動(dòng)能增加量與勢(shì)能減小量在誤差范圍內(nèi)是否相等，A正確。(2)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源，A正確。需要測(cè)紙帶上兩點(diǎn)間的距離，還需要刻度尺，B正確。根據(jù)mghmv20可將等式兩邊的質(zhì)量抵消，不需要天平，C錯(cuò)誤。(3)重物的重力勢(shì)能變化量為EpmghB，動(dòng)能的變化量Ekmvm2。(4)重物重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，是因?yàn)橹匚锵侣溥^(guò)程中存在空氣阻力和摩擦阻力的影響，C正確。(5)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，根據(jù)mghfhmv20，則v22h可知，v2h圖象就是過(guò)原點(diǎn)的一條直線。要想通過(guò)畫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?？键c(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析一、數(shù)據(jù)處理1測(cè)量計(jì)算瞬時(shí)速度在起始點(diǎn)標(biāo)上0，在以后各計(jì)數(shù)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。利用公式vn計(jì)算出點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3的瞬時(shí)速度v1、v2、v3。2驗(yàn)證守恒方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算。計(jì)算ghn和v，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，ghnv，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。(此方法要求所選紙帶必須點(diǎn)跡清晰且第1、2兩點(diǎn)間距離接近2 mm)方法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算。任取兩點(diǎn)A、B測(cè)出hAB，算出ghAB。算出vv的值。在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，如果ghABvv，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。方法三：圖象法。從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一個(gè)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)械能守恒定律。二、誤差分析1系統(tǒng)誤差：本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過(guò)程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力)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EkEp。改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力。2偶然誤差：本實(shí)驗(yàn)在長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的誤差。減小誤差的辦法是測(cè)下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完，或者多次測(cè)量取平均值來(lái)減小誤差。如圖所示是用“落體法”驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置。(g取9.80 m/s2)(1)選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖甲所示，其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以頻率為50 Hz的交變電流。用分度值為1 mm的刻度尺測(cè)得OA12.41 cm，OB18.90 cm，OC27.06 cm，在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B、B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn)，重錘的質(zhì)量為1.00 kg。甲同學(xué)根據(jù)以上數(shù)據(jù)算出：當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)重錘的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了_ J；此時(shí)重錘的速度vB_ m/s，此時(shí)重錘的動(dòng)能比開始下落時(shí)增加了_ J。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(2)某同學(xué)利用他自己實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的紙帶，測(cè)量出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)的距離h，算出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度v，然后以h為橫軸、以v2為縱軸作出了如圖乙所示的圖線，圖線的斜率近似等于_。A19.60 B9.80 C4.90圖線未過(guò)原點(diǎn)O的原因是_。解析(1)當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打到B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)能減小量EpmgOB1.009.8018.90102 J1.85 J；打B點(diǎn)時(shí)重錘的速度vB m/s1.83 m/s，此時(shí)重錘的動(dòng)能增加量Ekmv1.001.832 J1.67 J。(2)由機(jī)械守恒定律有mv2mgh，可得v2gh，由此可知圖線的斜率近似等于重力加速度g，故B正確。由圖線可知，h0時(shí)，重錘的速度不等于零，原因是該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)先釋放了紙帶，然后才合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的開關(guān)。答案(1)1.851.831.67(2)B先釋放了紙帶，后合上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的開關(guān)方法感悟空氣阻力及摩擦阻力的存在產(chǎn)生系統(tǒng)誤差：本實(shí)驗(yàn)中，由于重物和紙帶在下落過(guò)程中要克服空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的摩擦阻力做功，因此動(dòng)能的增加量Ek稍小于重力勢(shì)能的減少量Ep，即EkEp。(4)分別測(cè)出光電門和球心到懸點(diǎn)的距離L和l，計(jì)算Ek時(shí)，將v折算成鋼球的速度vv。答案(1)B(2)1.50(1.491.51都算對(duì))1.50(1.491.51都算對(duì))(3)不同意，因?yàn)榭諝庾枇?huì)造成Ek小于Ep，但表中Ek大于Ep。(4)分別測(cè)出光電門和球心到懸點(diǎn)的距離L和l，計(jì)算Ek時(shí)，將v折算成鋼球的速度vv。方法感悟無(wú)論實(shí)驗(yàn)怎樣改進(jìn)和創(chuàng)新，始終圍繞“機(jī)械能是否守恒”這一核心，解答的關(guān)鍵是要正確選取研究對(duì)象和研究過(guò)程，找準(zhǔn)初末狀態(tài)的機(jī)械能。某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，裝置中的氣墊導(dǎo)軌工作時(shí)可使滑塊懸浮起來(lái)，以減小滑塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的阻力。實(shí)驗(yàn)前已調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座保持水平，實(shí)驗(yàn)中測(cè)量出的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、滑塊的質(zhì)量M、滑塊上遮光條由圖示初始位置到光電門的距離x。(1)若用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度為d，實(shí)驗(yàn)時(shí)掛上鉤碼，將滑塊從圖示初始位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間t，則可計(jì)算出滑塊經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的速度為_。(2)要驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，除了已經(jīng)測(cè)量出的物理量外還需要已知_。(3)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較_和_在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等(用物理量符號(hào)表示)，即可驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。答案(1)(2)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭(3)mgx(Mm)解析(1)根據(jù)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度，可知滑塊經(jīng)過(guò)光電門的速度大小v。(2)以鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，其重力勢(shì)能的減小量為mgx，系統(tǒng)動(dòng)能的增加量為(Mm)v2(Mm)，可知還需要知道當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭。(3)驗(yàn)證重力勢(shì)能的減小量mgx和動(dòng)能的增加量(Mm)是否相等即可。課后作業(yè)1(2018合肥質(zhì)監(jiān))某興趣小組利用自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(1)在本實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有_。A重物的質(zhì)量B重力加速度C重物下落的高度D與重物下落高度所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度大小(2)下列器材中，實(shí)驗(yàn)必須用到的有_。A打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 B重物C天平 D毫米刻度尺E秒表 F小車(3)請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)操作步驟：A準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材；B將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上；C將重物連接在紙帶上并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；D接通電源，釋放紙帶；E取下紙帶，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟多次；F_。(4)如圖所示是實(shí)驗(yàn)中打出的某條點(diǎn)跡清晰的紙帶。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 Hz，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2，重物的質(zhì)量為1.00 kg。重物運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的動(dòng)能為_ J，重物運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)的動(dòng)能為_ J，上述過(guò)程中，重物重力勢(shì)能減少了_ J。(均保留三位有效數(shù)字)答案(1)CD(2)ABD(3)拆除裝置，整理器材(4)2.473.941.48解析(1)本實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，則應(yīng)驗(yàn)證mghmv2成立，因此只需驗(yàn)證ghv2成立即可，故需要測(cè)量的物理量有重物下落的高度以及與此相對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度大小，則C、D正確。(2)由(1)可知，需要的實(shí)驗(yàn)器材有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、重物、毫米刻度尺。(3)重復(fù)多次得到點(diǎn)跡清晰的紙帶后，應(yīng)拆除裝置，整理實(shí)驗(yàn)器材。(4)由題意可知該打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T0.02 s，重物運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的速度大小為vB m/s2.2225 m/s，則運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的動(dòng)能應(yīng)為EkBmv1.002.22252 J2.47 J；同理可得重物運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)的速度大小為vE m/s2.8075 m/s，運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)的動(dòng)能為EkEmv1.002.80752 J3.94 J，重物由B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)的過(guò)程中，重物重力勢(shì)能的減少量為EpmghBE1.009.8015.09102 J1.48 J。2(2018廣州測(cè)試)用如圖甲裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。帶有刻度的玻璃管豎直放置，光電門的光線沿管的直徑并穿過(guò)玻璃管，小鋼球直徑略小于管的直徑，該球從管口由靜止釋放。完成下列相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：(1)如圖乙用螺旋測(cè)微器測(cè)得小鋼球直徑d_ mm；如圖丙某次讀得光電門測(cè)量位置到管口的高度h_ cm。(2)設(shè)小鋼球通過(guò)光電門的擋光時(shí)間為t，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，若小鋼球下落過(guò)程機(jī)械能守恒，則h可用d、t、g表示為h_。(3)實(shí)驗(yàn)中多次改變h并記錄擋光時(shí)間t，數(shù)據(jù)描點(diǎn)如圖丁，請(qǐng)?jiān)趫D丁中作出h圖線。(4)根據(jù)圖丁中圖線及測(cè)得的小球直徑，計(jì)算出當(dāng)?shù)刂亓铀俣戎礸_ m/s2(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。答案(1)4.0005.60(2)(3)如圖所示(4)9.6(9.59.7均可)解析(1)螺旋測(cè)微器固定刻度的讀數(shù)為4 mm，可動(dòng)刻度的讀數(shù)為0.00.01 mm0.000 mm，故測(cè)得的小鋼球直徑d(40.000) mm4.000 mm?？蓜?dòng)刻度注意要估讀?？潭瘸邷y(cè)長(zhǎng)度須估讀到最小刻度下一位，故h5.60 cm。(2)小鋼球通過(guò)光電門過(guò)程的時(shí)間很短，可用平均速度表示通過(guò)光電門位置時(shí)的瞬時(shí)速度，v，若小鋼球下落過(guò)程機(jī)械能守恒，設(shè)小鋼球質(zhì)量為m，則mghmv2，代入已知得h。(3)見(jiàn)答圖，使盡可能多的點(diǎn)落在線上，不能落在線上的點(diǎn)盡可能均勻分布在線的兩側(cè)。(4)所描h圖象的斜率k，則g，代入數(shù)據(jù)計(jì)算即可求得g9.6 m/s2。3(2018河南省仿真模擬) 如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過(guò)定滑輪的軟繩兩端，已知m1m2，現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(1)若選定物塊A從靜止開始下落的過(guò)程進(jìn)行測(cè)量，則需要測(cè)量的物理量有_。A物塊的質(zhì)量m1、m2B物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間C物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時(shí)間D繩子的長(zhǎng)度(2)為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對(duì)此實(shí)驗(yàn)提出以下建議：A繩的質(zhì)量要輕B在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長(zhǎng)越好C盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，不要搖晃D兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能大以上建議中確實(shí)對(duì)提高準(zhǔn)確程度有作用的是_。(3)在數(shù)據(jù)的處理過(guò)程中，A、B物塊的勢(shì)能減小總是大于A、B物塊的動(dòng)能增加，導(dǎo)致這一結(jié)果的原因除有空氣阻力和摩擦阻力外，還有可能的原因是_。(4)寫出一條上面沒(méi)有提到的對(duì)提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議：_。答案(1)AB(或AC)(2)AC(3)沒(méi)有考慮滑輪動(dòng)能的增加(4)對(duì)同一高度進(jìn)行多次測(cè)量取平均值(或選取受力后相對(duì)伸長(zhǎng)盡量小的繩等)解析(1)通過(guò)連接在一起的A、B兩物塊驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，即驗(yàn)證系統(tǒng)的勢(shì)能變化大小與動(dòng)能變化大小是否相等，A、B連接在一起，A下降的距離一定等于B上升的距離；A、B的速度大小總是相等的，故不需要測(cè)量繩子的長(zhǎng)度，需要測(cè)量?jī)晌飰K的質(zhì)量，以及物塊A下落的距離以及下落這段距離所用的時(shí)間，或物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時(shí)間，故選A、B或A、C均可以。(2)如果繩子較重，系統(tǒng)的重力勢(shì)能就會(huì)有一部分轉(zhuǎn)化為繩子的動(dòng)能，造成實(shí)驗(yàn)誤差；繩子不宜太長(zhǎng)，越長(zhǎng)，形變對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響越大；物塊末速度v是根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)求出的，故要保證物塊只在豎直方向運(yùn)動(dòng)；m1、m2相差越大，整體運(yùn)動(dòng)的速度越大，則對(duì)時(shí)間的測(cè)量誤差就會(huì)較大；則提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度的做法選A、C。(3)在數(shù)據(jù)的處理過(guò)程中，A、B物塊的勢(shì)能減小總是大于A、B物塊的動(dòng)能增加，導(dǎo)致這一結(jié)果的原因除有空氣阻力和摩擦阻力外，還有可能的原因是沒(méi)有考慮滑輪動(dòng)能的增加。(4)減小誤差的建議：對(duì)同一高度進(jìn)行多次測(cè)量取平均值；選取受力后相對(duì)伸長(zhǎng)盡量小的繩等。4(2016全國(guó)卷)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。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)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s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.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。答案(1)f(s1s2)f(s2s3)f2(s3s1)(2)40解析(1)重物勻加速下落時(shí)，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得vBf(s1s2)vCf(s2s3)由s3s12aT2得a。(2)根據(jù)牛頓第二定律，有mgkmgma根據(jù)以上各式，化簡(jiǎn)得f 代入數(shù)據(jù)可得f40 Hz。5(2018德州模擬)某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，頻閃儀每隔0.05 s閃光一次，如圖所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過(guò)計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表。(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?.8 m/s2，小球質(zhì)量m0.2 kg，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)時(shí)刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5_ m/s。(2)從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢(shì)能增加量Ep_ J，動(dòng)能減少量Ek_ J。(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若Ep與Ek近似相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算得Ep_Ek(選填“”“”或“”)，造成這種結(jié)果的主要原因是_。答案(1)3.48(2)1.241.28(3)存在空氣阻力解析(1)v5102 m/s3.48 m/s。(2)重力勢(shì)能的增加量Epmgh，代入數(shù)據(jù)可得Ep1.24 J，動(dòng)能減少量為Ekmvmv，代入數(shù)據(jù)可得Ek1.28 J。(3)由計(jì)算可得EpEk，主要是由于存在空氣阻力。6(2016全國(guó)卷)某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖a所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接。向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過(guò)測(cè)量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能。(1)實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟：把紙帶向左拉直松手釋放物塊接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源向左推物塊使彈簧壓縮，并測(cè)量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是_(填入代表步驟的序號(hào))。(2)圖b中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50 Hz。由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為_m/s。比較兩紙帶可知，_(填“M”或“L”)紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大。答案(1)(2)1.29M解析(1)實(shí)驗(yàn)步驟中，一定要注意先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，再松手釋放物塊，若次序搞反，可能造成物塊已離開桌面但打點(diǎn)計(jì)時(shí)器還沒(méi)有開始工作。(2)從M紙帶上看，最后兩個(gè)數(shù)據(jù)2.58 cm、2.57 cm相差不大，表示物塊已經(jīng)脫離彈簧，所以速度v102 m/s1.29 m/s，同理可計(jì)算出打下L紙帶時(shí)物塊脫離彈簧的速度vL0.78 m/sv，所以M紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大。7(2013全國(guó)卷)某同學(xué)利用下述裝置對(duì)輕質(zhì)彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究：一輕質(zhì)彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一小球接觸而不固連；彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)，小球恰好在桌面邊緣，如圖甲所示。向左推小球，使彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放；小球離開桌面后落到水平地面。通過(guò)測(cè)量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能。回答下列問(wèn)題：(1)本實(shí)驗(yàn)中可認(rèn)為，彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能Ep與小球拋出時(shí)的動(dòng)能Ek相等。已知重力加速度大小為g。為求得Ek，至少需要測(cè)量下列物理量中的_(填正確答案標(biāo)號(hào))。A小球的質(zhì)量mB小球拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離sC桌面到地面的高度hD彈簧的壓縮量xE彈簧原長(zhǎng)l0(2)用所選取的測(cè)量量和已知量表示Ek，得Ek_。(3)圖乙中的直線是實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的sx圖線。從理論上可推出，如果h不變，m增加，sx圖線的斜率會(huì)_(填“增大”“減小”或“不變”)；如果m不變，h增加，sx圖線的斜率會(huì)_(填“增大“減小”或“不變”)。由圖乙中給出的直線關(guān)系和Ek的表達(dá)式可知，Ep與x的_次方成正比。答案(1)ABC(2)(3)減小增大二解析利用平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可將對(duì)瞬時(shí)速度的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)長(zhǎng)度的測(cè)量。(1)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的計(jì)算，測(cè)量小球獲得的動(dòng)能，再根據(jù)機(jī)械能守恒，可得到彈簧的彈性勢(shì)能，故需要測(cè)量的量有小球從拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離s、桌面到地面的高度h、小球的質(zhì)量m，A、B、C正確。(2)由hgt2，svt可得vs故Ekmv2。(3)由svt，hgt2可知，h不變，則sv；而對(duì)相同的x，當(dāng)小球質(zhì)量m增大時(shí)，平拋初速度減小，s減小，因此圖線斜率k減小；如果m不變，h增大，則x相同時(shí)s會(huì)增大，斜率會(huì)增大。根據(jù)機(jī)械能守恒，EpEk，由題圖知sx，故Epx2。