（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案.doc
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實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 [考綱解讀] (1)會(huì)根據(jù)紙帶測(cè)定下落的距離，掌握測(cè)量瞬時(shí)速度的方法。(2)能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。(3)能對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的產(chǎn)生原因作定性分析。 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，一次將各打點(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.誤差來源：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，改進(jìn)辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力。 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(zhǎng)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。 熱點(diǎn)一 教材原型實(shí)驗(yàn) 【例1】 用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)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。重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)圖中紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 圖1 (1)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟： A.按照?qǐng)D示的裝置安裝器件 B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上 C.用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量 D.先接通電源，后釋放紙帶，打出一條紙帶 E.測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離 F.根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能 其中沒有必要進(jìn)行的步驟是________，操作不當(dāng)?shù)牟襟E是________。 (2)利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度a的數(shù)值。根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出各點(diǎn)之間的距離如圖2所示，使用電源的頻率為f，則計(jì)算重錘下落的加速度的表達(dá)式a＝________。(用x1、x2、x3、x4及f表示)。 圖2 解析 (1)步驟C不必要。重錘的質(zhì)量不需要測(cè)量，因?yàn)榈仁絤gh＝mv2兩邊把質(zhì)量約掉了；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是低壓交流電源，所以步驟B是錯(cuò)誤的。 (2)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，可以采用逐差法求加速度，x4－x2＝2aT2，x3－x1＝2aT2，所以由以上兩式得a＝。 答案 (1)C B (2) 熱點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 【例2】 利用圖3裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。 圖3 (1)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的________。 A.動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量 B.速度變化量與勢(shì)能變化量 C.速度變化量與高度變化量 (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4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)的過程中，重物的重力勢(shì)能變化量ΔEp＝____________，動(dòng)能變化量ΔEk＝________。 圖4 (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v＝gt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v2－h(huán)圖象，并做如下判斷：若圖象是一條過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能守恒，請(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷是否正確的。 解析 (1)重物下落過程中重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加，故該實(shí)驗(yàn)需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量在誤差范圍內(nèi)是否相等，A項(xiàng)正確。 (2)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源，故要選A，需要測(cè)紙帶上兩點(diǎn)間的距離，還需要刻度尺，選B，根據(jù)mgh＝mv2－0可將等式兩邊的質(zhì)量抵消，不需要天平，不需用C。 (3)重物的重力勢(shì)能變化量為ΔEp＝－mghB，動(dòng)能的變化量ΔEk＝mv＝m()2 (4)重物重力勢(shì)能的減少量略大于動(dòng)能的增加量，是因?yàn)橹匚锵侣溥^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的過程中，若阻力f恒定，根據(jù)mgh－fh＝mv2－0，則v2＝2(g－)h可知，v2－h(huán)圖象就是過原點(diǎn)的一條直線。要想通過v2－h(huán)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。 答案 (1)A (2)AB (3)－mghB m()2 (4)C (5)不正確，理由見解析 1.利用圖示5裝置進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測(cè)量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h。某班同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案： 圖5 A.用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并測(cè)出下落時(shí)間t，通過v＝gt計(jì)算出瞬時(shí)速度v B.用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并通過v＝計(jì)算出瞬時(shí)速度v C.根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v，并通過h＝計(jì)算出高度h D.用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)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) 解析 在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中不能將物體下落的加速度看做g，只能把它當(dāng)做未知的定值，所以正確方案只有D項(xiàng)。 答案 D 2.(20184月浙江選考)(1)用圖6所示裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要的測(cè)量工具有________(填字母)； 圖6 A.秒表 B.天平 C.刻度尺 D.彈簧測(cè)力計(jì) (2)用圖7所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，釋放重物前有下列操作。其中正確的是________(填字母)； 圖7 A.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔調(diào)節(jié)到同一豎直線上 B.手提紙帶任意位置 C.使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 (3)如圖8是小球做平拋運(yùn)動(dòng)的頻閃照片，其上覆蓋了一張透明方格紙。已知方格紙每小格的邊長(zhǎng)均為0.80 cm。由圖可知小球的初速度大小為________ m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，g取10 m/s2)。 圖8 解析 (1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，只需證明速度的平方和橡皮筋數(shù)量成正比即可，故只需刻度尺，所以選C項(xiàng)。 (2)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)，需要保持紙帶豎直，需要將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔調(diào)節(jié)到同一豎直線上，重物盡可能靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，這樣就可以多打點(diǎn)，在處理紙帶時(shí)，就增大了有效部分的紙帶長(zhǎng)度，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確率，所以A、C正確。 (3)根據(jù)Δh＝gt2，即20.810－2＝10t2，解得t＝0.04 s，由v0＝可知v0＝ m/s＝0.70 m/s 答案 (1)C (2)AC (3)0.70 3.在進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中： 圖9 (1)兩實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)分別采用了如圖9甲和乙所示的裝置，采用兩種不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 ①在圖甲中，下落物體應(yīng)選擇密度________(選填“大”或“小”)的重物；在圖乙中，兩個(gè)重物的質(zhì)量關(guān)系是m1________m2(選填“＞”、“＝”、“＜”)； ②采用圖乙的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有交流電源，刻度尺和________； ③比較兩種實(shí)驗(yàn)方案，你認(rèn)為圖________(選填“甲”或“乙”)所示實(shí)驗(yàn)方案更合理，理由是______________________________________________________。 (2)有一同學(xué)采用了圖9甲所示的方案，選出一條紙帶如圖10所示，其中O點(diǎn)為起始點(diǎn)，A、B、C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以50 Hz交流電，在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B之間、B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn)，重物的質(zhì)量為0.5 kg，g取9.8 m/s2。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，打B點(diǎn)時(shí)重物的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了__________ J，這時(shí)它的動(dòng)能是__________ J，根據(jù)上面這兩個(gè)數(shù)據(jù)你能得到的結(jié)論是：__________。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 圖10 解析 (1)①為了減小空氣阻力的影響，選擇體積小、密度大的重物；在題圖乙中，m2在m1的拉力作用下向上運(yùn)動(dòng)，所以m1＞m2。②兩重物質(zhì)量不等，分析系統(tǒng)損失的重力勢(shì)能是否近似等于增加的動(dòng)能時(shí)，兩邊質(zhì)量不能約去，故需要天平測(cè)量?jī)芍匚锏馁|(zhì)量。③題圖乙中所示實(shí)驗(yàn)還受到細(xì)線與滑輪的阻力的影響，機(jī)械能損失較大，故題圖甲所示實(shí)驗(yàn)方案較為合理。 (2)重力勢(shì)能減少量為ΔEp＝mghOB＝0.867 J；打B點(diǎn)時(shí)重物的速度為vB＝，打B點(diǎn)時(shí)重物的動(dòng)能為ΔEkB＝m()2＝0.852 J，可見在誤差允許的范圍內(nèi)，重物下落時(shí)機(jī)械能守恒。 答案 (1)①大?。尽、谔炱健、奂住D乙中還受到細(xì)線與滑輪的阻力的影響 (2)0.867 0.852 在誤差允許的范圍內(nèi)，重物下落時(shí)機(jī)械能守恒 4.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、重錘、天平、毫米刻度尺、50 Hz交流電源。回答下列問題： (1)關(guān)于重錘的選用，以下說法正確的是( ) A.選用重錘時(shí)，重的比輕的好 B.選用重錘時(shí)，密度大的比密度小的好 C.選用重錘后要稱質(zhì)量 D.重錘所受重力要遠(yuǎn)大于它所受的空氣阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力 (2)如圖11所示，釋放紙帶前的瞬間，重錘和手的位置合理的是________(填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”)。作這樣選擇的原因是____________________________________________________________________。 圖11 (3)在實(shí)驗(yàn)中，由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時(shí)受到較大阻力，則結(jié)果( ) A.mgh>mv2 B.mgh下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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