2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí) 第五單元 功和能 第6節(jié) 實(shí)驗(yàn)七 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案 新課標(biāo)（北京專版）驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 鐵架臺(含鐵夾)，打點(diǎn)計時器，學(xué)生電源，紙帶，復(fù)寫紙，導(dǎo)線，毫米刻度尺，重物(帶紙帶夾)。1儀器安裝按圖實(shí)72所示將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路。 圖實(shí)722打紙帶將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點(diǎn)計時器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計時器的地方。先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復(fù)做35次實(shí)驗(yàn)。(1)實(shí)驗(yàn)控制條件，即應(yīng)滿足機(jī)械能守恒的條件，這就要求 盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有： 安裝打點(diǎn)計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴(yán)格豎 直，以減小摩擦阻力。 應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的 影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力 減小。1偶然誤差偶然誤差的來源主要來源于測量，減小測量誤差的辦法，一是測下落距離時都從0點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)對應(yīng)下落高度測量完，二是多測幾次取平均值。圖實(shí)75圖實(shí)75例1利用如圖實(shí)76所示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)得到的紙帶，設(shè)計了以下四種測量方案：圖實(shí)76答案d例2用如圖實(shí)77所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，質(zhì)量m kg的重物拖著紙帶由靜止開始下落，打點(diǎn)計時器在紙帶上打出一系列點(diǎn)，在紙帶上選取三個相鄰計數(shù)點(diǎn)A、B、C，相鄰計數(shù)點(diǎn)時間間隔為0.10 s，O是重物剛開始下落時打下的第一個 點(diǎn)，計數(shù)點(diǎn)間的距離如圖實(shí)78所示。 圖實(shí)77(g取9.8 m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖實(shí)78(1)在紙帶上打下計數(shù)點(diǎn)B時的速度v_ m/s；(2)在打點(diǎn)O到B的過程中，重物動能的增加量Ek_ m J，重物重力勢能的減少量Ep_ m J；(3)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有_。(寫出兩個原因即可)重物重力勢能的減少量：EpmghOB5.3m J。(3)空氣阻力；紙帶受到打點(diǎn)計時器的阻力作用；用米尺測量紙帶上點(diǎn)的位置時讀數(shù)有誤差(任選其二)。答案(1)3.2(2)5.15.3(3)見解析例3(xx海南高考)現(xiàn)要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)79所示：水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌；導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶長方形遮 光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的砝碼相連； 圖實(shí)79遮光片兩條長邊與導(dǎo)軌垂直；導(dǎo)軌上B點(diǎn)有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t。用d表示A點(diǎn)到導(dǎo)軌底端C點(diǎn)的距離，h表示A與C的高度差，b表示遮光片的寬度，s表示A、B兩點(diǎn)間的距離，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點(diǎn)時的瞬時速度。用g表示重力加速度。完成下列填空和作圖：圖實(shí)710(2)第1和第5個數(shù)據(jù)點(diǎn)及所作直線如圖所示。直線的斜率約為k2.36104m1s2。 每課一測1下列關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差的說法中，正確的是()A重物質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會造成較大誤差B重物質(zhì)量選用得大些，有利于減小誤差C重物質(zhì)量選用得較小些，有利于減小誤差D紙帶下落和打點(diǎn)不同步不會影響實(shí)驗(yàn)解析：驗(yàn)證機(jī)械能守恒，即驗(yàn)證減少的重力勢能是否等于增加的動能即mghmv2，其中質(zhì)量可以約去，沒必要測量重物質(zhì)量，A不正確。當(dāng)重物質(zhì)量大一些時，空氣阻力可以忽略，B正確，C錯誤。紙帶先下落而后打點(diǎn)，此時，紙帶上最初兩點(diǎn)的點(diǎn)跡間隔較正常時略大，用此紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其結(jié)果是重物在打第一個點(diǎn)時就有了初動能，因此重物動能的增加量比重物重力勢能的減少量大，D錯誤。答案：B2有4條用打點(diǎn)計時器(所用交流電頻率為50 Hz)打出的紙帶A、B、C、D，其中一條是做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時打出的。為找出該紙帶，某同學(xué)在每條紙帶上取了點(diǎn)跡清晰的、連續(xù)的4個點(diǎn)，用刻度尺測出相鄰兩個點(diǎn)間距離依次為s1、s2、s3。請你根據(jù)下列s1、s2、s3的測量結(jié)果確定該紙帶為(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?.791 m/s2)()A61.0 mm65.8 mm70.7 mmB41.2 mm45.1 mm53. 0mmC49.6 mm53.5 mm57.3 mmD60.5 mm61.0 mm60.6 mm解析：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律采用重錘的自由落體運(yùn)動實(shí)現(xiàn)，所以相鄰的0.02 s內(nèi)的位移增加量為sgT29.7910.022 mm3.9 mm，只有C符合要求。故選C。答案：C3.某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05 s閃光一次，圖實(shí)711中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過計算得到不同時刻的速度如下表(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?0 m/s2，小球質(zhì)量m0.2 kg，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)：時刻t2t3t4t5速度(m/s)5.595.084.58(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5_ m/s。(2)從t2到t5時間內(nèi)，重力勢能增加量Ep_J，動能減小量Ek_J。圖實(shí)711(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若Ep與Ek近似相等，從而驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。由上述計算得Ep_Ek(選填“>”“<”或“”)，造成這種結(jié)果的主要原因是_。解析：(1)v5 cm/s408 cm/s4.08 m/s。(2)由題給條件知：h25(26.6824.1621.66) cm72.5 cm0.725 m。Epmgh250.2100.725 J1.45 JEkmv22mv520.2(5.5924.082)J1.46 J(3)由(2)中知Ep<Ek，因?yàn)榇嬖诳諝饽Σ恋仍?，?dǎo)致重力勢能的增加量小于動能的減少量。答案：(1)4.08(2)1.451.46(3)<原因見解析4DIS實(shí)驗(yàn)是利用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。老師上課時“用DIS研究機(jī)械能守恒定律”的裝置如圖實(shí)712甲所示，在某次實(shí)驗(yàn)中，選擇DIS以圖像方式顯示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，所顯示的圖像如圖乙所示。圖像的橫軸表示小球距D點(diǎn)的高度h，縱軸表示擺球的重力勢能Ep、動能Ek或機(jī)械能E。試回答下列問題：圖實(shí)712(1)圖乙的圖像中，表示小球的重力勢能Ep、動能Ek、機(jī)械能E隨小球距D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線分別是_(按順序填寫相應(yīng)圖線所對應(yīng)的文字)。(2)根據(jù)圖乙所示的實(shí)驗(yàn)圖像，可以得出的結(jié)論是_。解析：(1)小球由A到D過程中重力勢能減小，動能增加，由題圖乙的圖像知機(jī)械能總量不變，故表示小球的重力勢能Ep、動能Ek、機(jī)械能E隨小球距D點(diǎn)的高度h變化關(guān)系的圖線分別是乙、丙、甲。(2)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果知：在誤差允許的范圍內(nèi)，在只有重力做功的情況下，小球的機(jī)械能守恒。答案：(1)乙、丙、甲(2)在誤差允許的范圍內(nèi)，在只有重力做功的情況下，小球的機(jī)械能守恒5某研究性學(xué)習(xí)小組在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計時器所用電源的頻率為50 Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2。測得所用重物的質(zhì)量為1.00 kg。(1)下面敘述中正確的是_。A應(yīng)該用天平稱出重物的質(zhì)量B可選用點(diǎn)跡清晰，第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2 mm的紙帶來處理數(shù)據(jù)C操作時應(yīng)先松開紙帶再通電D打點(diǎn)計時器應(yīng)接在電壓為46 V的交流電源上(2)實(shí)驗(yàn)中甲、乙、丙三學(xué)生分別用同一裝置得到三條點(diǎn)跡清晰的紙帶，量出各紙帶上第一、二兩點(diǎn)間的距離分別為0.18 cm、0.19 cm、0.25 cm，則可肯定_同學(xué)在操作上有錯誤，錯誤是_。若按實(shí)驗(yàn)要求正確地選出紙帶進(jìn)行測量，量得連續(xù)三點(diǎn)A、B、C到第一個點(diǎn)O間的距離分別為15.55 cm、19.20 cm和23.23 cm。則當(dāng)打點(diǎn)計時器打點(diǎn)B時重物的瞬時速度v_ m/s；重物由O到B過程中，重力勢能減少了_J，動能增加了_J(保留3位有效數(shù)字)，根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，還可以求出重物實(shí)際下落的加速度為_m/s2，則重物在下落的過程中所受到的阻力為_N。解析：(1)本實(shí)驗(yàn)中只需驗(yàn)證gh與的關(guān)系，不需要測重物質(zhì)量，操作時應(yīng)先接通電源再松開紙帶，可選用點(diǎn)跡清晰，第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2 mm的紙帶來處理數(shù)據(jù)，A、C錯，B、D對。(2)實(shí)驗(yàn)中理想的紙帶應(yīng)是點(diǎn)跡清晰，第一、二兩點(diǎn)間的距離略小于2 mm的紙帶，所以丙錯誤，錯誤在于操作中先松開了紙帶，再接通了電源，致使紙帶上第一、二兩點(diǎn)間間距增大。利用公式vn可計算出打點(diǎn)B時重物的瞬時速度為1.92 m/s。重物由O到B過程中，重力勢能減少了Epmgh1.009.819.20102 J1.88 J；動能增加了Ekmv21.84 J，由haT2可求出重物實(shí)際下落的加速度為a9.5 m/s2，由牛頓第二定律知重物在下落的過程中所受到的阻力滿足mgF阻ma，所以F阻0.3 N。答案：(1)BD(2)丙先松開了紙帶，再接通了電源1.921.881.849.50.36某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖實(shí)713所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。圖實(shí)713(1)實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何判斷導(dǎo)軌是否水平？_。(2)如圖實(shí)714所示(經(jīng)放大后的)，游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d_ cm；實(shí)驗(yàn)時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間t1.2102s，則滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度為_ m/s。在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、_和_(文字說明并用相應(yīng)的字母表示，g為已知)。圖實(shí)714(3)本實(shí)驗(yàn)通過比較_和_在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等(用測量的物理量符號表示)，從而驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。解析：(1)檢驗(yàn)氣墊導(dǎo)軌底座是否水平時，可以先接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上，若滑塊在導(dǎo)軌上各個位置均能靜止時，說明導(dǎo)軌是水平的。(2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為d5 mm0.1 mm25.2 mm0.52 cm；滑塊通過光電門時的瞬時速度為v0.43 m/s；應(yīng)測出滑塊上的遮光條的初位置到光電門的距離x和滑塊的質(zhì)量M。(3)系統(tǒng)重力勢能的減少量為mgx，系統(tǒng)動能的增加量為(Mm)v2(Mm)()2，若兩者相等時，可認(rèn)為系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。答案：(1)接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上，若滑塊基本保持靜止，則說明導(dǎo)軌是水平的(或取下鉤碼，輕推滑塊，滑塊基本能做勻速直線運(yùn)動)。(2)0.520.43滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離x滑塊的質(zhì)量M(3)mgx(Mm)()2