《2022年高三物理復(fù)習(xí) 第5章 實驗 驗證機(jī)械能守恒定律學(xué)案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022年高三物理復(fù)習(xí) 第5章 實驗 驗證機(jī)械能守恒定律學(xué)案（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022年高三物理復(fù)習(xí) 第5章 實驗 驗證機(jī)械能守恒定律學(xué)案 實驗?zāi)康? 利用自由落體運(yùn)動驗證在只有重力作用情況下的物體機(jī)械能守恒． 實驗原理 1．在只有重力做功的自由落體運(yùn)動中，物體的重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)化，但總的________保持不變．若物體某時刻的瞬時速度為v，下落高度為h，則重力勢能的減少量為______，動能的增加量為____________，看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗證了機(jī)械能守恒定律． 2．計算打第n個點(diǎn)時速度的方法：測出第n個點(diǎn)與相鄰前后點(diǎn)間的距離xn和xn＋1，由公式vn＝________________或vn＝算出，如圖1所示． 圖1

2、 實驗器材 鐵架臺(含鐵夾)，打點(diǎn)計時器，__________，紙帶，復(fù)寫紙，導(dǎo)線，____________，重物(帶紙帶夾)． 實驗步驟 圖2 1．安裝、準(zhǔn)備：按如圖2裝置把打點(diǎn)計時器安裝在鐵架臺上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計時器與學(xué)生電源連接好．把紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過計時器限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭赺_______________． 2．打紙帶：先__________，后__________，讓重物帶著紙帶自由下落，這樣計時器就在紙帶上打下了一系列點(diǎn)，更換紙帶重復(fù)上述步驟做3～5次實驗． 3．選紙帶：分兩種情況來說明 (1)用mv2＝mgh來驗證時，應(yīng)選

3、點(diǎn)跡清晰，且1、2兩點(diǎn)間距離小于或接近2 mm的紙帶．若1、2兩點(diǎn)間的距離大于2 mm，這是由于先釋放紙帶，后接通電源造成的．這樣，第1個點(diǎn)就不是運(yùn)動的起始點(diǎn)了，這樣的紙帶不能選． (2)用mv－mv＝mgΔh驗證時，由于重力勢能的相對性，處理紙帶時，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣紙帶上打出的第1、2兩點(diǎn)間的距離是否為2 mm就無關(guān)緊要了，所以只要后面的點(diǎn)跡清晰就可選用． 數(shù)據(jù)處理 在起始點(diǎn)標(biāo)上0，在以后各點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3、……用刻度尺測出對應(yīng)下落高度h1、h2、h3、…… 利用公式vn＝計算出點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3、……的瞬時速度v1、v2、v3、…… 用以下三種方法進(jìn)行驗證： 方

4、法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計算．代入ghn和v，如果在實驗誤差允許的條件下ghn＝v，則機(jī)械能守恒定律是正確的． 方法二：任取兩點(diǎn)計算． (1)任取兩點(diǎn)A、B測出hAB，算出ghAB. (2)算出v－v的值． (3)若在實驗誤差允許的條件下ghAB＝v－v，則機(jī)械能守恒定律是正確的． 方法三：圖象法．從紙帶上選取多個點(diǎn)，測量從第一個點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出v2－h(huán)圖線．若在實驗誤差允許的條件下，圖象是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗證了機(jī)械能守恒． 注意事項 1．安裝打點(diǎn)計時器時要豎直架穩(wěn)，使兩限位孔在同一豎

5、直平面內(nèi)以減少摩擦阻力． 2．重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料． 3．應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計時器正常工作后，再松開紙帶讓重物下落． 4．紙帶長度應(yīng)選用60 cm左右為宜，應(yīng)選用點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測量． 5．速度不能用vn＝gtn或vn＝計算，因為只要認(rèn)為加速度為g，機(jī)械能當(dāng)然守恒， 即相當(dāng)于用機(jī)械能守恒定律驗證機(jī)械能守恒定律，況且用vn＝gtn計算出的速度比實際值大，會得出機(jī)械能增加的結(jié)論，而實際上因為受摩擦阻力的影響，機(jī)械能應(yīng)減小，所以速度應(yīng)從紙帶上直接測量計算．同樣的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測量，而不能用hn＝gt或hn＝計算得到. 題型

6、一　實驗原理與步驟 【例1】 用如圖3所示 圖3 的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律．實驗所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種．重物從高處由靜止開始下落，重物拖著紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測量，即可驗證機(jī)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(diǎn)計時器接到電源的“直流輸出”上； C．用天平測量出重物的質(zhì)量； D．釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶； E．測量打出的紙帶上某些點(diǎn)間的距離； F．根據(jù)測量的結(jié)果計算重物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(jìn)行

7、的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是______．(將其選項對應(yīng)的字母填在橫線處) (2)利用這個裝置也可以測量重物下落的加速度a的數(shù)值．如圖4所示，根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)的五個點(diǎn)A、B、C、D、E，測出A點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離為x0，點(diǎn)A、C間的距離為x1，點(diǎn)C、E間的距離為x2，使用交流電的頻率為f，根據(jù)這些條件計算重物下落的加速度a＝__________________. 圖4 (3)在上述驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重物減小的重力勢能總是大于重物增加的動能，其原因主要是重物下落的過程中存在阻力作用，可以通過該實驗裝置測定該阻力的大小．若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣裙J(rèn)的較準(zhǔn)確的值是g，還需

8、要測量的物理量是：______________.試用這些物理量和上圖紙帶上的數(shù)據(jù)符號表示出重物在下落的過程中受到的平均阻力為F＝______________________________________________. [規(guī)范思維] 　 　 　 　 　 　 　 題型二　實驗數(shù)據(jù)的處理 【例2】 (xx·如皋統(tǒng)考)在用打點(diǎn)計時器驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量m＝1.00 kg的重物自由下落，打點(diǎn)計時器在紙帶上打出一系列點(diǎn)．如圖5所示為選取的一條符合實驗要求的紙帶，O為第一個點(diǎn)(速度恰好為零)，每兩個計數(shù)點(diǎn)之間還有四個點(diǎn)未畫出，選連續(xù)的3個計數(shù)

9、點(diǎn)A、B、C作為測量的點(diǎn)，經(jīng)測量知道A、B、C各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為50.50 cm、86.00 cm、130.50 cm.已知打點(diǎn)計時器每隔0.02 s打一次點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80 m/s2. 圖5 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可計算出打B點(diǎn)時的速度vB＝______ m/s；重物由O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)，重力勢能減少了________ J，動能增加了________ J．根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，還可以求出物體實際下落的加速度為________ m/s2，物體在從A到B下落的過程中所受到的平均阻力為________ N(計算結(jié)果都要保留3位有效數(shù)字)，該阻力的來源主要有： (1)__________

10、______________________________________________________________ ________________________________________________________________________； (2)________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ __

11、______________________________________________________________________. 1．在做驗證機(jī)械能守恒定律實驗時，發(fā)現(xiàn)重物減少的勢能總是大于重物增加的動能，造成這種現(xiàn)象的原因是(　　) A．選用的重物質(zhì)量過大 B．重物質(zhì)量測量不準(zhǔn) C．空氣對重物的阻力和打點(diǎn)計時器對紙帶的阻力 D．實驗時操作不太仔細(xì)，實驗數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確 圖6 2．(xx·湖南理綜)圖6為驗證機(jī)械能守恒定律的實驗裝置示意圖．現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點(diǎn)計時器、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平．回答下列問題 (1)為完成此實驗，除了所給的器材

12、，還需要的器材有________．(填入正確選項前的字母) A．米尺 B．秒表 C．0～12 V的直流電源 D．0～12 V的交流電源 (2)實驗中誤差產(chǎn)生的原因有______________________________________ ________________________________________________________________________ _________________________________________________

13、_______________________ ________________________________________________________________________.(寫出兩個原因) 圖7 3．(xx·安徽理綜)利用圖7所示裝置進(jìn)行驗證機(jī)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(diǎn)時的瞬時速度v和下落高度h.某班同學(xué)利用實驗得到的紙帶，設(shè)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． c．根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動時紙帶上

14、某點(diǎn)的瞬時速度等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測算出瞬時速度，并通過計算得出高度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(yùn)動時紙帶上某點(diǎn)的瞬時速度等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)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(yīng)的字母) 圖8 4．(xx·陜西西安地區(qū)聯(lián)考)在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中： (1)某同學(xué)用圖8所示裝置進(jìn)行實驗，得到圖9所示的紙帶，測出點(diǎn)A、C間的距離為14.77 cm，點(diǎn)C、E間的距離為16.33 cm，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8 m/s2，打點(diǎn)計時器所用交流電源的頻率為50 Hz，重錘的質(zhì)量為m

15、＝1.0 kg，則重錘在下落過程中受到的平均阻力大小Ff＝______________________________________________________________. 圖9 (2)某同學(xué)上交的實驗報告顯示重錘增加的動能略大于重錘減少的重力勢能，則出現(xiàn)這一問題的原因可能是________(填序號)． A．重錘的質(zhì)量測量錯誤 B．該同學(xué)自編了實驗數(shù)據(jù) C．交流電源的頻率不等于50 Hz D．重錘下落時受到的阻力過大 5．(全國Ⅰ高考·22)如圖10所示，兩個質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1>m2，現(xiàn)要利用此裝置驗證機(jī)械

16、能守恒定律． (1)若選定物塊A從靜止開始下落的過程進(jìn)行測量，則需要測量的物理量有________． 圖10 ①物塊的質(zhì)量m1、m2； ②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間； ③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間； ④繩子的長度． (2)為提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對此實驗提出以下建議： ①繩的質(zhì)量要輕； ②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長越好； ③盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動，不要搖晃； ④兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能?。? 以上建議中確實對提高準(zhǔn)確程度有作用的是_______________________________ ___________

17、_____________________________________________________________. (3)寫出一條上面沒有提到的對提高實驗結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議：______________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 圖11 6．某同學(xué)利用如圖11所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律，弧形軌道

18、末端水平，離地面的高度為H，將鋼球從軌道的不同高度h處靜止釋放，鋼球的落點(diǎn)距軌道末端的水平距離為x. (1)若軌道完全光滑，x2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足x2＝________(用H、h表示)． (2)該同學(xué)經(jīng)實驗測量得到一組數(shù)據(jù)，如下表所示： h(10－1m) 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 x2(10－1m2) 2.62 3.89 5.20 6.53 7.78 請在圖12給出的坐標(biāo)紙上作出x2－h(huán)關(guān)系圖． 圖12 (3)對比實驗結(jié)果與理論計算得到的x2－h(huán)關(guān)系圖線(圖中已畫出)，自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率________(

19、填“小于”或“大于”)理論值． 7．(xx·珠海模擬)在用打點(diǎn)計時器驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中，使質(zhì)量為m＝1.00 kg的重物自由下落，打點(diǎn)計時器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，選取一條符合實驗要求的紙帶如圖13所示．O為第一個點(diǎn)，A、B、C為從合適位置開始選取連續(xù)點(diǎn)中的三個點(diǎn)．已知打點(diǎn)計時器每隔0.02 s打一個點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間＝9.80 m/s2，那么： 圖13 (1)根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)，應(yīng)取圖中O點(diǎn)到________點(diǎn)來驗證機(jī)械能守恒定律； (2)從O點(diǎn)到(1)問中所取的點(diǎn)，重物重力勢能的減少量ΔEp＝________ J，動能增加量ΔEk＝________ J(結(jié)果取三位

20、有效數(shù)字)； (3)若測出紙帶上所有各點(diǎn)到O點(diǎn)之間的距離，根據(jù)紙帶算出各點(diǎn)的速度v及物體下落的高度h，則以為縱軸，以h為橫軸畫出的圖象是下圖中的________． 實驗學(xué)案25　驗證機(jī)械能守恒定律 【基礎(chǔ)自主落實】 實驗原理 1．機(jī)械能　mgh　mv2　2. 實驗器材 學(xué)生電源　毫米刻度尺 實驗步驟 1．打點(diǎn)計時器附近　2.接通電源　松開紙帶 【熱點(diǎn)題型精析】 例1 (1)BCD　(2)　(3)重物的質(zhì)量m m[g－]或m[g－] 解析　(1)因本實驗中是通過比較重物的重力勢能減小量mghn和動能mv增加量的大小來達(dá)到驗證的目的，對于同一個

21、研究對象(重物)來說，質(zhì)量是一定的，故只需比較ghn和v就能達(dá)到目的，選項C是沒必要的．選項B、D是錯誤的，應(yīng)將打點(diǎn)計時器接到電源的“交流輸出”上；釋放懸掛紙帶的夾子，先接通電源開關(guān)再釋放一條紙帶． (2)因Δx＝aT2，所以a＝＝. (3)由牛頓第二定律得平均阻力F＝mg－ma，所以應(yīng)測量重物的質(zhì)量m，代入加速度得F＝m[g－] 或由動能定理得：mg(x0＋x1)－F(x0＋x1)＝mv 又因為vC＝ 由以上兩式得F＝m[g－] [規(guī)范思維]　解答實驗題時，首先應(yīng)弄清實驗原理和誤差來源，然后針對具體題目進(jìn)行全面分析．只有從原理上著手，問題的解答才有依據(jù)，絕不能死記實驗步驟和注意

22、事項． 例2 4.00　8.43　8.00　9.00　0.800　(1)重物受到的空氣阻力　(2)紙帶與限位孔之間的摩擦力 解析　由于每兩個相鄰計數(shù)點(diǎn)之間還有4個點(diǎn)沒有畫出，所以每兩個相鄰計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔為0.1 s，同時可求得＝86.00 cm－50.50 cm＝35.50 cm＝0.355 0 m，＝130.50 cm－86.00 cm＝44.50 cm＝0.445 0 m 根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度可得 vB＝＝＝＝ m/s＝4.00 m/s 由O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)下落的距離為h＝86.00 cm＝0.86 m，重力勢能減少了EpB＝mgh＝1.

23、00×9.80×0.86 J≈8.43 J，根據(jù)求得的B點(diǎn)速度可得，重物由O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)動能增加了ΔEkOB＝mv＝×1.00×(4.00)2 J＝8.00 J 由Δx＝aT2可求得紙帶下落的加速度 a＝＝＝ m/s2＝9.00 m/s2 根據(jù)牛頓第二定律得mg－Ff＝ma 從A到B下落的過程中所受到的平均阻力為 Ff＝mg－ma＝1.00×9.80 N－1.00×9.00 N＝0.800 N 分析紙帶受到的力有：重力、重物受到的空氣阻力、紙帶與限位孔之間的摩擦力等力的作用，所以阻力的來源是以上除重力之外的力． 【課時效果檢測】 1．C 2．(1)AD　(2)紙帶與打點(diǎn)計時器

24、之間有摩擦；用米尺測量紙帶上點(diǎn)的位置時讀數(shù)有誤差；計算勢能變化時，選取初末兩點(diǎn)距離過近；交流電頻率不穩(wěn)定等． 3．d 4．(1)0.05 N　(2)BC 5．(1)①②或①③　(2)①③　(3)例如：“對同一高度進(jìn)行多次測量取平均值”；“選取受力后相對伸長量盡量小的繩”；“繩和滑輪盡量光滑”等等． 解析　(1)通過連結(jié)在一起的A、B兩物體驗證機(jī)械能守恒定律，即驗證系統(tǒng)的勢能變化與動能變化是否相等，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②、③只測其中的一個即可，不需要測量繩子的長度． (2)如果繩子質(zhì)量不能忽略，則A、B組成的系統(tǒng)勢能將有一部分轉(zhuǎn)化為繩子的動能，從而為驗證機(jī)械能守恒定律帶來誤差；若物塊搖擺，則兩物塊的速度有差別，為計算系統(tǒng)的動能帶來誤差；兩個物塊質(zhì)量差較大時，摩擦阻力對實驗測量所帶來的誤差影響就會越小，故無需減小兩物塊的質(zhì)量差． 6．(1)4Hh　(2)見解析圖　(3)小于 解析　(1)由機(jī)械能守恒mgh＝mv2① 由平拋運(yùn)動規(guī)律x＝vt② H＝gt2③ 由①②③得x2＝4Hh. (2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖可得出x2－h(huán)關(guān)系如下圖所示． (3)由圖中看出在相同h下，水平位移x值比理論值要小，由x＝vt＝v ，說明水平拋出的速率比理論值?。? 7．(1)B　(2)1.88　1.84　(3)A