驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新題解析

1、.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新題解析源于課本而高于課本，注重求新求變求異，重視創(chuàng)新性的改造與拓展，是近年來(lái)高考實(shí)驗(yàn)命題的一大趨勢(shì)。現(xiàn)列舉三個(gè)近年考查“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)”的創(chuàng)新題，供學(xué)習(xí)參考.一、用新裝置驗(yàn)證舊結(jié)論題1.如圖1所示，兩個(gè)質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過(guò)定滑輪的軟繩兩端，已知m1m2，現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.（1）若選定物塊A從靜止開(kāi)始下落的過(guò)程進(jìn)行測(cè)量，則需要測(cè)量的物理量有.物塊的質(zhì)量m1、m2；物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間；物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時(shí)間；繩子的長(zhǎng)度.（2）為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對(duì)此實(shí)驗(yàn)提出以下

2、建議：繩的質(zhì)量要輕；在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長(zhǎng)越好；盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，不要搖晃；兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能小.以上建議中確實(shí)對(duì)提高準(zhǔn)確程度有作用的是.（3）寫(xiě)出一條上面沒(méi)有提到的提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議：.解答：（1）依實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，本?shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量有：兩物塊質(zhì)量m1、m2，物塊下落或上升的高度h，對(duì)應(yīng)時(shí)刻兩物塊運(yùn)動(dòng)速度大小v；因兩物塊均從靜止開(kāi)始作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則有t，故有.所以直接測(cè)量的物理量是：或.（2）對(duì)提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有作用的建議是：.（3）對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的其他建議有：對(duì)運(yùn)動(dòng)同一高度所需時(shí)間進(jìn)行多次測(cè)量取其平均值；選取受力后相對(duì)伸長(zhǎng)量盡量小的繩；

3、盡量減少繩與滑輪的摩擦；盡量減少滑輪與軸的摩擦；選用質(zhì)量輕的小滑輪；物塊A和B要選用密度大的金屬等等.評(píng)析：本實(shí)驗(yàn)是用新裝置（細(xì)繩定滑輪連接體模型）驗(yàn)證舊結(jié)論（機(jī)械能守恒定律），源于教材而遠(yuǎn)高于教材.其新穎之處有二：一是從課本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一個(gè)物體機(jī)械能守恒，拓展到兩個(gè)物體系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，并且實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)方法、物理量的測(cè)定、實(shí)驗(yàn)條件控制和實(shí)驗(yàn)誤差分析，與課本相應(yīng)實(shí)驗(yàn)相比有了較大深化與拓展；二是問(wèn)題設(shè)計(jì)及答案具有探究性、開(kāi)放性與發(fā)散性.如需要直接測(cè)量的物理量，可以是，也可以是.其中“寫(xiě)出一條上面沒(méi)有提到的對(duì)提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議”，提問(wèn)開(kāi)放度較高，只要合理可行的均可給分.這是近年高考實(shí)驗(yàn)題

4、的考查方向.二、用舊裝置驗(yàn)證新結(jié)論題2.某同學(xué)利用如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.弧形軌道末端水平，離地面的高度為H.將鋼球從軌道的不同高度h處?kù)o止釋放，鋼球的落點(diǎn)距軌道末端的水平距離為s.（1）若軌道完全光滑，s2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿(mǎn)足s2=（用H、h表示）.（2）該同學(xué)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到一組數(shù)據(jù)，如下表所示：2.003.004.005.006.002.623.895.206.537.78請(qǐng)?jiān)趫D3的坐標(biāo)紙上作出關(guān)系圖.（3）對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算得到的關(guān)系圖線（圖中已畫(huà)出），自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率（填“小于”或“大于”）理論值.（4）從關(guān)系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率

5、差十分顯著，你認(rèn)為造成上述偏差的可能原因是.解答：（1）設(shè)鋼球離開(kāi)軌道末端的速度為v，若軌道完全光滑，則有.鋼球離開(kāi)軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)，則有.整理可得：s2=4Hh.（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的關(guān)系圖如圖4所示.（3）由圖4可知，高度h一定，平拋水平位移s2的實(shí)際值小于理論值，故鋼球平拋的速率小于理論值.（4）鋼球速率出現(xiàn)偏差的可能原因，一是軌道粗糙存在摩擦；二是鋼球除了平動(dòng)還要轉(zhuǎn)動(dòng)，存在轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能.故答案為：摩擦，轉(zhuǎn)動(dòng)（回答任一合理答案即可）.評(píng)析：本實(shí)驗(yàn)是用舊裝置（探究平拋運(yùn)動(dòng)的斜槽裝置）驗(yàn)證新結(jié)論（機(jī)械能守恒定律），問(wèn)題情景既熟悉又陌生.其可圈可點(diǎn)之處：一是對(duì)斜槽裝置“探究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)的功能的深

6、化與拓展，難度適中、靈活性強(qiáng)，有較好區(qū)分度；二是重點(diǎn)突出對(duì)實(shí)驗(yàn)原理與方法、圖象法處理數(shù)據(jù)、誤差分析能力等較高層面上的考查.三是問(wèn)題（4）的答案具有開(kāi)放性與探究性.三、用新裝置驗(yàn)證新結(jié)論題3.由理論分析可得，彈簧的彈性勢(shì)能公式為（式中k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量）.為驗(yàn)證這一結(jié)論，A、B兩位同學(xué)設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)：首先他們都進(jìn)行了圖5甲所示的實(shí)驗(yàn)：將一根輕質(zhì)彈簧豎直掛起，在彈簧的另一端掛上一個(gè)已知質(zhì)量為m的小鐵球，穩(wěn)定后測(cè)得彈簧伸長(zhǎng)量為d；A同學(xué)完成步驟后，接著進(jìn)行了如圖5乙所示的實(shí)驗(yàn)：將這根彈簧豎直的固定在水平桌面上，并把小鐵球放在彈簧上，然后豎直地套上一根帶有插銷(xiāo)孔的長(zhǎng)透明塑料管，利用

7、插銷(xiāo)壓縮彈簧；拔掉插銷(xiāo)時(shí)，彈簧對(duì)小鐵球做功，使小鐵球彈起，測(cè)得彈簧的壓縮量為x時(shí)，小鐵球上升的最大高度為H.B同學(xué)完成步驟后，接著進(jìn)行了如圖8丙所示的實(shí)驗(yàn).將這根彈簧放在一光滑水平桌面上，一端固定在豎直墻上，另一端被小球壓縮，測(cè)得壓縮量為x，釋放彈簧后，小球從高為h的桌面上水平拋出，拋出的水平距離為L(zhǎng).（1）A、B兩位同學(xué)進(jìn)行圖5甲所示實(shí)驗(yàn)的目的是為了確定物理量：，用m、d、g表示所求的物理量：.（2）如果成立，那么A同學(xué)測(cè)出的物理量x與d、H的關(guān)系式是：x=；B同學(xué)測(cè)出的物理量x與d、h、L的關(guān)系式是：x=.解析：（1）目的是測(cè)量彈簧的勁度系數(shù)k.當(dāng)小球處于靜止時(shí)，有，可得（2）A同學(xué)的實(shí)驗(yàn)：將彈簧壓縮x后釋放小球，到小球上升高度H，根據(jù)機(jī)械能守恒可得，可解得B同學(xué)的實(shí)驗(yàn)：將彈簧壓縮x后釋放小球，有小球離開(kāi)桌面后，以速度v0做平拋運(yùn)動(dòng)，有