實(shí)驗(yàn)8驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(必考)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(lái)源：由于重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力做功，故動(dòng)能的增加量Ekmv必定稍小于重力勢(shì)能的減少量Epmghn，改進(jìn)辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力。考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作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vngt來(lái)計(jì)算。1.利用圖示裝置進(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：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(guò)vgt計(jì)算出瞬時(shí)速度vB.用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并通過(guò)v計(jì)算出瞬時(shí)速度vC.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(guò)h計(jì)算出高度hD.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D2.用如圖所示的實(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。(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(guò)程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能其中沒(méi)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)。解析本題考查“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理和牛頓第二定律。(1)步驟C不必要。重錘的質(zhì)量不需要測(cè)量，因?yàn)榈仁絤ghmv2兩邊把質(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，x4x22aT2，x3x12aT2，所以由以上兩式得a。答案(1)CB(2)考點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理及誤差分析數(shù)據(jù)處理的方法方法一：用mv2mgh驗(yàn)證時(shí)，利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算。方法二：用mvmvmgh驗(yàn)證時(shí)，任取兩點(diǎn)計(jì)算。方法三：圖象法。從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一點(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)圖線是一條過(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。1.在進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：(1)兩實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)分別采用了如圖甲和乙所示的裝置，采用兩種不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。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“”、“”、“”)；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_；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)采用了圖甲所示的方案，選出一條紙帶如下圖所示，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)解析(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m1m2。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。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EpmghOB0.867 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EkBm()20.852 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)大天平甲圖乙中還受到細(xì)線與滑輪的阻力的影響(2)0.8670.852在誤差允許的范圍內(nèi)，重物下落時(shí)機(jī)械能守恒2.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(wèn)題：(1)關(guān)于重錘的選用，以下說(shuō)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_。(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(guò)時(shí)受到較大阻力，則結(jié)果()A.mgh>mv2 B.mgh<mv2C.mghmv2 D.以上都有可能解析(1)選重錘應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的，增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減小。故選項(xiàng)A、B、D正確。(2)實(shí)驗(yàn)中要讓重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，可以在紙帶上記錄足夠多的點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)中手提著紙帶上端并保持紙帶豎直，可以減少紙帶與限位孔間的摩擦阻力，故丙正確。原因如上所述。(3)重物帶動(dòng)紙帶下落過(guò)程中，除了重力還受到較大的阻力，從能量轉(zhuǎn)化的角度看，由于阻力做功，重力勢(shì)能減少的量除了轉(zhuǎn)化給了動(dòng)能還有一部分轉(zhuǎn)化給摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能，所以重力勢(shì)能的減小量會(huì)大于動(dòng)能的增加量。故選A。答案(1)ABD(2)丙實(shí)驗(yàn)中要讓重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，可以在紙帶上記錄足夠多的點(diǎn)(實(shí)驗(yàn)中手提著紙帶上端并保持紙帶豎直，可以減少紙帶與限位孔間的摩擦阻力)(3)A6