高考物理一轮复习 专题 验证机械能守恒定律导学案2.doc

验证机械能守恒定律误差分析1减小测量误差：一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值。2误差来源：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量ekmv必定稍小于重力势能的减少量epmghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。注意事项1打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力。2重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。3一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落。4测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn，不能用vn或vngt来计算。考点精练热点一实验原理和实验操作【例1】2016北京理综，21(2)利用图1装置做“验证机械能守恒定律”实验。图1(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的_。a动能变化量与势能变化量b速度变化量与势能变化量c速度变化量与高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是_。a交流电源b刻度尺c天平(含砝码)(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图2所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点a、b、c，测得它们到起始点o的距离分别为ha、hb、hc。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为t。设重物的质量为m。从打o点到打b点的过程中，重物的重力势能变化量ep_，动能变化量ek_。图2(4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是_。a利用公式vgt计算重物速度b利用公式v计算重物速度c存在空气阻力和摩擦阻力的影响d没有采用多次实验取平均值的方法(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点o的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确的。解析(1)重物下落过程中重力势能减少，动能增加，故该实验需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量在误差范围内是否相等，a项正确。(2)电磁打点计时器使用的是交流电源，故要选a，需要测纸带上两点间的距离，还需要刻度尺，选b，根据mghmv20可将等式两边的质量抵消，不需要天平，不需用c。(3)重物的重力势能变化量为epmghb，动能的变化量ekmvm()2(4)重物重力势能的减少量略大于动能的增加量，是因为重物下落过程中存在空气阻力和摩擦阻力的影响，c正确。(5)该同学的判断依据不正确，在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据mghfhmv20，则v22(g)h可知，v2h图象就是过原点的一条直线。要想通过v2h图象的方法验证机械能是否守恒，还必须看图象的斜率是否接近2g。答案(1)a(2)ab(3)mghbm()2(4)c(5)不正确，理由见解析热点二数据处理与误差分析【例2】(2016江苏宿迁模拟)某同学用如图3所示装置验证机械能守恒定律时，所用交流电源的频率为50 hz，得到如图4所示的纸带。选取纸带上打出的连续五个点a、b、c、d、e，测出a点距起点o的距离为s019.00 cm，点a、c间的距离为s18.36 cm，点c、e间的距离为s29.88 cm，g取9.8 m/s2，测得重物的质量为m1 kg。图3(1)下列做法正确的有_。a图3中两限位孔必须在同一竖直线上b实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直c实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源d数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置(2)选取o、c两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是_j，打下c点时重物的速度大小是_m/s。(结果保留三位有效数字)图4(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离s，则以为纵坐标、以s为横坐标画出的图象应是下面的_。(4)重物减少的重力势能总是略大于增加的动能，产生这一现象的原因是_。(写出一条即可)解析 (1)图3中两限位孔必须在同一竖直线上，实验前手应提住纸带上端，并使纸带竖直，这是为了减小打点计时器与纸带之间的摩擦，选项a、b正确；实验时，应先接通打点计时器的电源再放开纸带，选项c错误；数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，以减小长度的测量误差，选项d错误。 (2)重物减少的重力势能为epmg(s0s1)2.68 j，由于重物下落时做匀变速运动，根据匀变速直线运动任意时间段中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可知，打下c点时重物的速度为vc2.28 m/s。 (3)物体自由下落过程中机械能守恒，可以得出mgsmv2，即gsv2，所以s图线应是一条过原点的倾斜直线，选项c正确。(4)在实验过程中，纸带与打点计时器之间的阻力、空气阻力是存在的，克服阻力做功损失了部分机械能，因此实验中重物减小的重力势能总是略大于增加的动能。答案(1)ab(2)2.682.28 (3)c (4)重物受到空气阻力(或纸带与打点计时器之间存在阻力)热点三实验的改进与创新【例3】(2016江苏单科，11)某同学用如图5所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于a点，光电门固定在a的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取v作为钢球经过a点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和a点之间的势能变化大小ep与动能变化大小ek，就能验证机械能是否守恒。图5(1)epmgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到_之间的竖直距离。a钢球在a点时的顶端b钢球在a点时的球心c钢球在a点时的底端(2)用ekmv2计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图6所示，其读数为_cm。某次测量中，计时器的示数为0.010 0 s，则钢球的速度为v_m/s。图6(3)下表为该同学的实验结果：ep(102 j)4.8929.78614.6919.5929.38ek(102 j)5.0410.115.120.029.8他发现表中的ep与ek之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点？请说明理由。(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。解析(1)钢球下落高度h，应测量释放时钢球心到钢球在a点时的球心之间的竖直距离，故选b。(2)遮光条的宽度d1.50 cm，钢球的速度v1.50 m/s(3)不同意，因为空气阻力会造成ek小于ep，但表中ek大于ep。(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度l和l，计算ek时，将v折算成钢球的速度vv。答案(1)b(2)1.501.50(3)不同意理由见解析(4)见解析随堂检测1在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 hz，依次打出的点为0，1，2，3，4n。则：图7(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为_、_、_，必须计算出的物理量为_、_，验证的表达式为_。(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是_(填写步骤前面的字母)。a将打点计时器竖直安装在铁架台上b接通电源，再松开纸带，让重物自由下落c取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验d将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带e选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1，h2，h3hn，计算出对应的瞬时速度v1，v2，v3vnf分别算出mv和mghn，在实验误差范围内看是否相等2(2016四川绵阳二诊)某同学利用倾斜气垫导轨做“验证机械能守恒定律”的实验，实验装置如图8所示。其主要实验步骤如下：图8图9a用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图9所示；b读出导轨标尺的总长l0，并用直尺测出导轨标尺在竖直方向的高度h0；c读出滑块释放处挡光条与光电门中心之间的距离s；d由静止释放滑块，从数字计时器(图8中未画出)上读出挡光条通过光电门所用的时间t。回答下列问题：(1)由图9读出l_mm。(2)_(选填“有”或“没有”)必要用天平称出滑块和挡光条的总质量m。图10(3)多次改变光电门位置，即改变距离s，重复上述实验，作出随s的变化图象，如图10所示，当已知量t0、s0、l、l0、h0和当地重力加速度g满足表达式_时，可判断滑块下滑过程中机械能守恒。3某实验小组在做“验证机械能守恒定律”实验中，提出了如图11所示的甲、乙两种方案：甲方案为用自由落体运动进行实验，乙方案为用小车在斜面上下滑进行实验。图11(1)组内同学对两种方案进行了深入的讨论分析，最终确定了一个大家认为误差相对较小的方案，你认为该小组选择的方案是_，理由是_。(2)若该小组采用图甲的装置打出了一条纸带如图12所示，相邻两点之间的时间间隔为0.02 s，请根据纸带计算出b点的速度大小_m/s(结果保留三位有效数字)。图12(3)该小组内同学们根据纸带算出了相应点的速度，作出v2h图线如图13所示，请根据图线计算出当地的重力加速度g_m/s2(结果保留两位有效数字)。图13参考答案1.解析(1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒，应测出第2点到第6点的距离h26，要计算第2点和第6点的速度v2和v6，必须测出第1点到第3点之间的距离h13和第5点到第7点之间的距离h57，机械能守恒的表达式为mgh26mvmv。(2)实验操作顺序为adbcef。答案(1)第2点到第6点之间的距离h26第1点到第3点之间的距离h13第5点到第7点之间的距离h57第2点的瞬时速度v2第6点的瞬时速度v6mgh26mvmv (2)adbcef2.解析(1)游标尺上共有20小格，精度为0.05 mm，用游标卡尺测量挡光条的宽度l(80.054) mm8.20 mm。(2)欲验证机械能守恒定律，即mgssin m()2，为气垫导轨与水平面间的夹角，只需验证gssin ()2，可见没有必要测量滑块和挡光条的总质量m。(3)由几何知识得sin ，当ss0，tt0时有s0。答案(1)8.20(2)没有(3)s03.解析(1)甲，