高考物理考前指导验证机械能守恒定律

1、2013年高考物理考前指导验证机械能守恒定律【实验原理】1. 在只有重力做功的条件下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总的机械能守恒。2. 物体做自由落体运动，设物体的质量为ni,下落力高度时的速度为贝g势能的减少1 2 卩1 2 卩1 2imvmgh = mv gh = 量为哗/2,动能的增加量为2。如果2 即 2,就验证了机械能守恒定律。3. 速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度计算打笫刀个点瞬时速度的方法是：测岀笫刃个点的相vf = v2t邻前后两段相等吋间卩内下落的距离百和暫+1,由公式 vv j" ”2丁或" 2t算出，如图所

2、示。【实验步骤】1. 将实验装置按要求装好（如图），将纸带固定在重物上， 让纸带穿过电火花计时器。2. 先用手提起纸带，使重物静止在靠近计吋器的地方。3. 接通电源，松开纸带，讣重物占由下落，这样计数器就在 纸带上打下一系列点。4. 重复以上步骤，多做几次。5. 从已打出的纸带中，选出第一、二点间的距离接近2 mm 并且点迹清晰的纸带进行sij量。6. 在挑选的纸带上，记下第一点的位置0,并在纸带上从任意点开始依次选取儿个点1、2、3、4、并量出各点到位置0的距离,这些距离就是物体运动到点1、2、3、4、时下落的高度人、仏、%、尽、7. 利用公式2 分别求出物体在打下点2、3、4、时瞬时速度片

3、、冬、旳、吟8. 把得到的数据填入表格，算出重物运动到点2、3、4、减少的重力势能mgh?、mgh mgh4>再算ill物体运动到点2.3.4.增加的动能1 ?19191919加卩、加叫、 mvj mv.j2 _ 22,根据机械能守恒定律比较2-与尬肌,2-与加劝3,mv422与加劝4，结果是否一致。【数据处理】1. 纸带的选取：选用纸带时应尽量挑选第1点点迹清晰且1、2两点z间距离接近2 rnni 的纸带，这样一条纸带记录的运动才接近自山落体运动。2. 纸带的处理：在第1点上标出0,并从稍靠后的某一点开始，依次标出1、2、3、4v =九+1 一也并最出各点到位置。点的距离人、每、仏、九

4、、再利用公式" 2t 计算出各点对应的瞬时速度叫、叫、3、比、计算各点对应的重力势能的减少量加0%和动能的增加量1 2fnvn2,并进行比较看是否相等。22#v_ _ h也町以2为纵轴，以力为横轴，根据实验数据绘出2 图彖，若图彖是过原点的直线, 则可验证机械能导怛定律，其斜率等于烽数据处理的另一思路：选取点迹清晰的一条纸带，如图，选取$、財两个位置作为过程的1 = =开始和终结位置，量出册之间距离®m ,求出点速度 2& , 点速度j 2az，比lmv 2_1 2较重力势能的减少吨/加与动能的增加空m 2 b是否相等，从而验证机械能是否守 恒。b£4ab

5、ck mn【误差分析】1. 实际上重物和纸带下落过程屮要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，故动能 的增加量必定稍小于势能的减少量，这是属于系统谋差，减少空气阻力影响产住的方法是： 使纸带下挂的重物重力大些，且体积要小。2. 打点计时器产生的误差：（1）由于交流电周期的变化，弓i起打点时间间隔变化阳产生误差；（2）计数点选择不好；振动片振动不均匀；纸带放置方法不止确引起摩擦，造成实验误差;（3）打点吋的阻力对纸带的运动性质有影响，这也属于系统误差。3. 由于测长度带来的误差属偶然误差，减少办法是测距离时都应从。点量起，二是多测 几次取平均值。【注意事项】1. 安装打点计时器时，必须使两纸带

6、限位孔在同一竖肓线上，以减小摩擦阻力。2. 实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再 松开纸带。3. 为了增加实验的可靠性，可重复实验，还可以在一次下落中测量多个位置的速度，比 较重物在这些位置上的动能与势能之和。1 2, mv4. 因通过比较加g"与2是否相等来验证机械能守恒，故不需测重物质最。2013高考突破】1. （9分）在“验证机械能守恒定律”的实验小，下列物理量中需要用工具测量的有（）;通过计算得到的冇（）a. 重锤的质量b. 重力加速度c. 垂锤下落的高度d. 与重锤下落高度对应的重锤瞬吋速度【解析】重锤下落的高度从纸带上用竜米刻度尺测壘

7、某点速度由公式八=丰二或出.【答案】 c d2. （9分）在验证机械能守恒定律的实验中有关重锤质量，下列说法中正确的是（）a. 应选用密度和质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力b. 应选用质量较小的重锤，便重锤的惯性小一些，下落时更接近于口由落体运动c. 不盂要称量锤的质量d. 必须称量重锤的质量，而且要估读到o.olg【解析】 本实验依据的原理是重锤自由下落验证机械能守恒定律，因此重锤的密度和 质壘应取得大一些，以便系统所受的阻力和重锤的重力相比可以忽略不计，以保证重锤做自 由落体运动.本实验不需要测出重锤的质量，实验只需要验证gh=vc2就行了.【答案】ac3. （1

8、1分）某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验的简易示意图如图所示，当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间.所用的xds007光电门传感器可测的最短吋间为0. 01ms.将挡光效果好、宽度为 43. 8x10" m的 黑色磁带贴在透明直尺上，从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门.某同学测得各 段黑色磁带通过光电门的时间力&与图中所示的高度差力巾并对部分数据进行处理，结果如 下表所示.(取尸9. 8m/s2,注：表格中为直尺质量)4 ti(10"3s)dvi ti(m s_1)1 1mvahi (m)mg4 hi11.

9、213. 1421. 153. 300. 52*0.060.58.4/31.003. 782. 290.232.2540 .954. 003. 7m0.323.14 j/50. 900.41(1) 从表格屮数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用内=斗求出的，请你ci简要分析该同学这样做的理由是.(2) 请将表格中数据填写完整.(3) 通过实验得出的结论是.(4) 根据该实验请你判断下列4力图彖中止确的是ekah【解析】（1）因瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度.（4）因为4ep = mgah, aep= aek,所以aek = mgah,所以正确答案为c.【答案】（1）瞬时速度

10、等于极短时间或极短位移內的平均速度 q）4.22 3.97m或 4.00m 4.01m或4.02m （3）在误差允许的范围內，重力势能的减少量等于动能的増加量（4）c4. （11分）在利用电磁打点计时器（电磁打点计时器所用电源频率为50hz） “验证机械能孑也 定律”的实验屮：（1）某同学丿ij如图所示装置进行实验，得到如图所示的纸带，把第一个点（初速度为零）记 作0点，测出点0、弭间的距离为68. 97cm,点、c间的距离为15.24cm,点g f间的距离 为16.76cm,已知当地重力加速度为9. 8m/s利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度曰=m/s2. 在实验小发现，重锤减少的重力势

11、能总大于重锤增加的动能，其原因主耍是因为在重 锤带着纸带下落的过程中存在着阻力的作用，用题口中给出的已知量求重锤下落过程中受到,重锤的质量为屈=1.0kg,则打点计时器在打0 点到c点的这段时间内，重锤动能的增加量为j,重力势能的减少量为j.的平均阻力大小为n.【解析】 本题主耍考查“验证机械能守恒定律”这个实验的基本原理和应用，并且综 合了牛顿第二定律.(1)c点速度vc=ar 32.00x10-2 _/4f=4x0. 02伽/s该过程动能的增加量aek=-nuve=|x 1.0x (4. 00)2j=8.00j该过程重力势能的减少量为ep=mg0c=1. 0x9. 8x (68. 97+1

12、5. 24) x 10-2j=8. 25j.ce ac(2)力li速度 a=(2t) 2_(2x0. 02)2(1676-15.24)x10-2銚2=9. 5(ws2.由牛顿第二定律得mg-ff = ma即 ff=mg-ma=0. 30n.【答案】(1)8. 00 8.25(2)9. 50(3)0. 305. (11分)利于如图所示的装置验证机械能守恒定律图中力是i古i定的光滑斜而，斜而的倾角为30。，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，当光电门中有物体通过时与 它们连线的光屯计时器(都没有画出)能够显示挡光时间让滑块从斜血的顶端滑卜；光电门1、2各自连接的光电计时器显示的把光时间分别为

13、5.00x10%、2.00x10"s.已知滑块质量为 2. 00kg,滑块沿斜面方向的长度为5. 00cm,光电门1和2之间的距离为0. 54m, g取9. 80m/s2,取滑块经过光电门时的速度为其平均速度.滑块通过光电门1时的速度旳=m/s,通过光电门2时的速度盹=m/s；(2) 滑块通过光电门1、2 z间的动能增加量为j,重力势能的减少量为j.(3) 由以上数据，得出的结论是【解析】(1)光电门记录的瞬时速度取经过光电门时的平均速度=looms(2)aek=-u(v2-vl)=5.25jaep=mgsl2sin30=2x9.sx0.54x0.5j=5.29j.(3)在实验误差允

14、许的范围內，aek=aep,所以小车沿斜面下滑过程中机械能守恒.【答案】(1)1.00 2.50 (2)5.25 5.29 (3；在实验误差允许的范围內，aek=aep,所 以小车沿斜面下滑过程中机械能守恒6. (11分)如图甲所示，用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随z匀速转动，使z替代打点计时器.当烧断悬挂圆柱棒的线后，圆 柱棒竖直白由下落，毛笔就在圆柱棒而的纸上画出记号，如图乙所示，设毛笔接触棒时不影 响棒的运动测得记号之间的距离依次为26. omm> 50. omm、74. omm> 98. omm> 122. omm

15、> 146. omm,甲毛笔电动机已知电动机铭牌上标有"1200r/min"字样，由此验证机械能疔怛定律，根据以上内容，可得146.0122.098.0 74.0 50.0 26.0伸位：mm) 乙(1) 毛笔画相邻两条线的时间间隔t=s.(2) 根据乙图所给的数据，可知毛笔画下记号3时，圆柱棒下落的速度旳=m/s；画下记号6吋，圆柱棒下落的速度=m/s；记号3、6 z间棒的动能的变化量为j 重力势能的变化量为j ,由此nj*得(i!的结论是 - (g取9. 80m/s2,结果保留三位冇效数字)【解析】 (1)t=w=105s-(2)v3='3q °

16、74'°x 10-3m5=l.24m sv6=(122.0+l46.0)xlq_3ms=26smsaek=|mvq-|mv3=2.82jaep=mg(122.0+9s.0+74.0)xl03=2.ssj在误差允许的范围內，机械能守恒.【答案】(1)0.053 (2)1.24 2.6s 2.82 2.ss在误差允许的范围內，机械能守恒7. (11分)如图所示，是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选中河点 来验证机械能守恒定律，下面举出一些计算艸点速度的方法，其屮正确的是()河点是笫个点，则vn=gnt”点是笫个点，则=£(/?1) t£ 丁

17、 d+i dn- 匕尸2t-a. ® b. c. d.【解析】由于木实验需要的是物体在某一时刻的真实速度，故应使用纸带上的数据求 解，利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速率等于这段时间的中间时刻的瞬时速度 这一规律求解.【答案】c118. (13分)如图所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所川的 电源为学生电源，输出电压为6v的交流电和直流电两种.重锤从高处 由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点， 对纸带上的点痕迹进行测虽，即可验证机械能守恒定律(1) 卜面列举了该实验的儿个操作步骤：()a. 按照图示的的装置安装器件；b. 将打点计时器接到电源的直流

18、输出端上；c. 用天平测最出重锤的质最；d. 释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；e. 测量打出的纸带上某些点z间的距离；f. 根据测屋的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能.指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在卜而的横线 上，并说明理由.(2) 利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度日的数值，如图所示.根据打出的纸带， 选取纸带上打出的连续五个点久b、a d、e,测出力点距起始点0的距离为6,点力、c间 的距离为s,点c、f间的距离为s2,使用交流的频率为f,则根据这些条件计算重锤下落的 加速度日的表达式为：白=.(3)在验证机械

19、能守恒定律的实验小发现，重锤减小的重力势能总是人于重锤增加的动能，其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，可以通过该实验装置测定该阻力的大小.若已知当地重力加速度公认的较准确的值为多述需耍测量的物理量是(4) 试川这些物理量和纸带上的测量数据表示岀重锤在下落过程中受到的平均阻力大小 为 f=.【解析】(1)歩骤3是错误的，应接到交流电源的输出端；歩骤d是错误的，应先接 通电源，待打点稳定后再释肢纸带；歩骤c不必要，因为根据测壘原理，重锤的动能和势 能中都包含m,可以约去.因为s2-sl=a(2=,所以3=亠(3) 重锤质量m.由牛顿第二定律mgf=ma,所以阻力si"【答案

20、】(1)见解析(2) 3丁)2 (力重锤质量川(4)mg-(s21)f2/ / £紳/e/ l9. (14分)如图所示的装置可用来验证机械能导恒定律.摆锤拴在长厶的轻绳一端，另 端固定在0点，在m上放一个小铁片，现将摆锤拉起，使绳偏离竖直方向成角 吋静止开始释放摆锤，当其到达最低位置吋，受到竖直挡板户阻扌当而停止运动，z后 铁片将飞离摆锤而做平抛运动.(1) 为了验证摆锤在运动屮机械能'、卜叵，必须求出摆锤在最低点的速度.为了求出这-速度，实验中还应该测得的物理量是.(2) 根据测得的物理量表示摆傣在最低点的速度(3) 根据已知的和测量的物理量，写出摆锤在运动中机械能守恒的关

21、系式为【解析】(1)铁片离开摆锤后做平抛运动，故要想求出摆锤在最低点的速度，需根据 平抛运动的规律：s=voth=|gt2，因此需测h、s.(2)由(1)中、联立求得:(3) 摆锤在下摆过程中只有重力做功，由机械能守恒得: mgl( 1 cos9)=7niv2,把v=$詡弋入上式得：l(l co%)=希.【答案】(1)摆锤a最低点离地面的竖直高度h和铁片做平抛运动的水平位移s 1 一 3的)=盂高效能学习的十大学习方法方法一：目标激励法成就天才的必备素质就是远大志向，明确目标，勤奋刻苦，持z以恒，百折不挠。作为一名学生，要想 在学习的道路上一路高歌，战胜各科学习困难，在考试中脱颖而岀，就必须树

22、立远大的理想，制定明确的学 习目标和切实可行的计划,在日常学习中勤奋苦学,孜孜不倦，持之以恒，而对学习中上的挫折，百折不挠, 勇往直前，并掌握一套正确的学习方法,科学合理地安排好h己的时间，只冇这样，才能到达成功的理想彼 岸。方法二：统筹计划学习法正像建造楼房先要冇图纸，打仗先要冇部署一样，成功冇效的学习也必须制定好一套切实可行的计划。 所谓统筹计划学习法，就是学习者为达到一定的学习目标，根据主客观条件而制订学习步骤的一种学习方法。 统筹计划学习法包括四个方而：一是学习目标，二是学习内容，三是时间安排，四是保证落实的措施。只有 综合考虑这四个方面，才能订出切实可行的规划。同时计划要因人而异，因

23、事而异，并根据执行情况，适当 及时调整。方法三：兴趣引导法使学习兴趣化，是获取成功的特别重耍的法则。冇的同学虽然很努力地学习，但是却对学习没冇兴趣。 凡是这种情况，学习效率都差得很,往往是事倍功半，效率不高。所以，千万不耍只知道积极地去学，光顾 着学，傻学，而要想办法培养自己的兴趣。只有将学习积极性转化为学习兴趣z后,你才有可能实现学习效 率的e跃。方法四：高效率学习法作为学生，谁能够高效地管理时间，科学地利用时间，抓住时间的脉搏，谁就能创造学业的成功，成就 人生的辉煌。爱时间就是爱生命，爱生命的每一部分。谁把握住时间，谁就拥有一切。时间就是生命。“一个人一生只有三天：昨天、今天和明天。昨天已

24、经过去，永不复返；今天已经和你 在一起，但很快就会过去；明天就要到來，但也会消失。抓紧时间吧，一生只冇三天！ ”现在是你们人生的 黃金时期，也是学习知识、吸取知识最有效率的时期，你们应善于管理时间珍惜时间，不虚度年华，使生命 失去原木的灿烂光彩。方法五：创根质疑学习法学习的过程是由一个“无疑一有疑一解疑一无疑”不断循环往复的过程。学须善思，思后存疑，疑后问, 问后知。所以，我们在日常生活和学习过程中，要善于思考，培养“凡事问一个为什么”的习惯。作为一个学生，我们要善于发现问题，敢于向权威挑战，同时乂要虚心求教，不耻下问，不懂的问题多 问老师，向同学请教。积极参加各种有关学习的交谈、讨论、学习兴

25、趣小组，创设一个与别人交流的良好平 台，合作解决问题。方法六：笔记学习法笔墨学习法乂称笔记法，是利用记笔记学习的种方法。在日常的读书、听课、复习的时候，对有一定 价值和意义的材料、知识点、问题迅速及时地标记出來，记下來，然后整理成笔记，这对于巩固知识，积累 材料，提高学习成绩都具冇i分重耍的意义。方法七：全面预习法打无准备的仗必输，没有预习的功课一定不会好。要想有一个窩效的课堂学习，必须牢牢抓住课前预习 这个关键环节。常言道：“凡事预则立，不预则废。” “预”，即准备。预习就是在教师讲课z前，学生阅 读教材及相关的内容，为新课学习做好必耍的知识准备。我们在预习的时候，耍大体了解书本内容，思考重 点，发现难点，注意方法，増强预习的主动性、针对性，培养良好的预习习惯。方法八：高效听课法-个人的学生时代，大部分的学习时间是在课堂中度过的。在短短的十儿年时间里每个学生儿乎接受和 继承了人类几千年所积累的知识中最基木、最精华的部分，山此可见课堂学习的重要性。一个学生学习的好 坏，成绩的高低，关键在于课堂学习。充分利用每一节课的45分钟，高效学习，对提高学习质量将产