2021高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 機(jī)械能及其守恒定律 實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案

1、2021高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 機(jī)械能及其守恒定律 實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案2021高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 機(jī)械能及其守恒定律 實(shí)驗(yàn)6 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案年級(jí)：姓名：- 20 -實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。1在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能互相轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能保持不變。若物體某時(shí)刻瞬時(shí)速度為v，下落高度為h，則重力勢(shì)能的減少量為mgh，動(dòng)能的增加量為mv2，看它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。2速度的測(cè)量：做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體某段位移中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段位移之間的平均速度。計(jì)算打第n點(diǎn)速度的方法：測(cè)出第

2、n點(diǎn)與相鄰前后點(diǎn)間的距離xn和xn1，由公式vn計(jì)算，或測(cè)出第n1點(diǎn)和第n1點(diǎn)與起始點(diǎn)的距離hn1和hn1，由公式vn算出，如圖所示。鐵架臺(tái)(含鐵夾)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)生電源，紙帶，復(fù)寫(xiě)紙，導(dǎo)線，毫米刻度尺，重物(帶紙帶夾)。1安裝置：如圖所示將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上，接好電路。2打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方。先接通電源，后松開(kāi)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)。3選紙帶：分兩種情況說(shuō)明(1)用mvmghn驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，且第1、2兩點(diǎn)間距離接近2 mm的紙帶。若第

3、1、2兩點(diǎn)間的距離大于2 mm，則可能是由于先釋放紙帶后接通電源造成的。這樣，第1個(gè)點(diǎn)就不是運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)了，這樣的紙帶不能選。(2)用mvmvmgh驗(yàn)證時(shí)，處理紙帶時(shí)不必從起始點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算重力勢(shì)能的大小，這樣，紙帶上打出的起始點(diǎn)o后的第一個(gè)0.02 s內(nèi)的位移是否接近2 mm，以及第一個(gè)點(diǎn)是否清晰也就無(wú)關(guān)緊要了，實(shí)驗(yàn)打出的任何一條紙帶，只要后面的點(diǎn)跡清晰，都可以用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。1測(cè)量計(jì)算在起始點(diǎn)標(biāo)上0，在以后各計(jì)數(shù)點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3，用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度h1、h2、h3。利用公式vn計(jì)算出點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3的瞬時(shí)速度v1、v2、v3。2驗(yàn)證守恒方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算。計(jì)算gh

4、n和v，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下，ghnv，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。(此方法要求所選紙帶必須點(diǎn)跡清晰且第1、2兩點(diǎn)間距離接近2 mm)方法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算。任取兩點(diǎn)a、b測(cè)出hab，算出ghab。算出vv的值。在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，如果ghabvv，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。方法三：圖象法。從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一個(gè)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)圖象是一條過(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系統(tǒng)誤差：本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過(guò)程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力

5、)做功，故動(dòng)能的增加量ek稍小于重力勢(shì)能的減少量ep，即ekep。改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力。2偶然誤差：本實(shí)驗(yàn)在長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的誤差。減小誤差的辦法是測(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)的下落高度測(cè)量完，或者多次測(cè)量取平均值來(lái)減小誤差。1打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺(tái)上，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整到豎直方向，以減小摩擦阻力。2重物要選用密度大、體積小的物體，這樣可以減小空氣阻力的影響，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差。3實(shí)驗(yàn)中，需保持提紙帶的手不動(dòng)，且保證紙帶豎直，待接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后，再松開(kāi)紙帶。4測(cè)量下落高度時(shí)，為了減小測(cè)量值h的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始

6、點(diǎn)遠(yuǎn)一些，紙帶也不宜過(guò)長(zhǎng)，有效長(zhǎng)度可在6080 cm之間。5不需測(cè)出物體質(zhì)量，只需驗(yàn)證vghn即可。6速度不能用vngtn或vn計(jì)算，因?yàn)橹灰J(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(yàn)證機(jī)械能守恒定律，所以速度應(yīng)從紙帶上直接測(cè)量計(jì)算。同樣的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測(cè)量，而不能用hngt或hn計(jì)算得到。1物體下落過(guò)程中通過(guò)某一位置的速度可以用光電計(jì)時(shí)器測(cè)出來(lái)，利用這種裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，能消除紙帶與限位孔的摩擦阻力帶來(lái)的系統(tǒng)誤差。2整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置可以放在真空的環(huán)境中操作，如用牛頓管和頻閃照相進(jìn)行驗(yàn)證，以消除由于空氣阻力作用而帶來(lái)的誤差。3為防止重物被釋放時(shí)的初

7、速度不為零，可將裝置改成如圖所示形式，剪斷紙帶最上端，讓重物從靜止開(kāi)始下落?？键c(diǎn)細(xì)研 悟法培優(yōu)考點(diǎn) 1實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作例1某興趣小組利用自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(1)在本實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有_。a重物的質(zhì)量b重力加速度c重物下落的高度d與重物下落高度所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度大小(2)下列器材中，實(shí)驗(yàn)必須用到的有_。a打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 b.重物c天平 d.毫米刻度尺e秒表 f小車(chē)(3)請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)操作步驟：a準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材；b將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上；c將重物連接在紙帶上并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；d接通電源，釋放紙帶；e取下紙帶，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟多次；f_。(4)如圖所示是實(shí)驗(yàn)中打出的某條點(diǎn)跡清

8、晰的紙帶。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50 hz，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2，重物的質(zhì)量為1.00 kg。重物運(yùn)動(dòng)到打b點(diǎn)的動(dòng)能為_(kāi) j，重物運(yùn)動(dòng)到打e點(diǎn)的動(dòng)能為_(kāi) j，上述過(guò)程中，重物重力勢(shì)能減少了_ j。(均保留三位有效數(shù)字)嘗試解答(1)cd (2)abd (3)拆除裝置，整理器材(4)2.47 3.94 1.48。(1)本實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，則應(yīng)驗(yàn)證mghmv2成立，因此只需驗(yàn)證ghv2成立即可，故需要測(cè)量的物理量有重物下落的高度以及與此相對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度大小，則c、d正確。(2)由(1)可知，需要的實(shí)驗(yàn)器材有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、重物、毫米刻度尺。(3)重復(fù)多次得到清晰的紙帶

9、后，應(yīng)拆除裝置，整理實(shí)驗(yàn)器材。(4)由題意可知該打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為t0.02 s，重物運(yùn)動(dòng)到打b點(diǎn)的速度大小為vb m/s2.2225 m/s，則運(yùn)動(dòng)到打b點(diǎn)的動(dòng)能應(yīng)為ekbmv1.002.22252 j2.47 j；同理可得重物運(yùn)動(dòng)到打e點(diǎn)的速度大小為ve m/s2.8075 m/s，運(yùn)動(dòng)到打e點(diǎn)的動(dòng)能為ekemv1.002.80752 j3.94 j，重物由打b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到打e點(diǎn)的過(guò)程中，重物重力勢(shì)能的減少量為epmghbe1.009.8015.09102 j1.48 j。變式1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，輸出電壓有6 v的交流電和直流電兩種。重物從高

10、處由靜止開(kāi)始下落，重物拖著紙帶通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)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端上；c用天平測(cè)出重物的質(zhì)量；d釋放紙帶，同時(shí)接通電源開(kāi)關(guān)打出一條紙帶；e測(cè)量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離；f根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重物下落過(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)行或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是_。(將其選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母填在橫線處)(2)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，若以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2h的圖象應(yīng)是_，且v2h圖象的斜率等于_的數(shù)值，這樣才能驗(yàn)證機(jī)械

11、能守恒定律。答案(1)bcd(2)過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線重力加速度g解析(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接到電源的交流輸出端上，故b錯(cuò)誤；驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒只需驗(yàn)證mghmv2，即ghv2，故m可約去，不需要用天平測(cè)量重物質(zhì)量，故c沒(méi)有必要進(jìn)行；開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，然后再釋放重物，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開(kāi)紙帶讓重物下落，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，由于重物運(yùn)動(dòng)較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，故d錯(cuò)誤。(2)利用v2h圖線處理數(shù)據(jù)，物體自由下落過(guò)程中機(jī)械能守恒，mghmv2，即v2gh，所以以v2為縱軸，以h為橫軸，畫(huà)出的圖線應(yīng)是過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，圖線的斜率就等于重力加速度g?？键c(diǎn) 2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及

12、誤差分析例2(2020蘇州市虎丘區(qū)新區(qū)一中高三一模)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。(1)甲同學(xué)按照正確的實(shí)驗(yàn)步驟操作后，選出一條紙帶如圖2所示，其中o點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)。從紙帶上a點(diǎn)開(kāi)始每隔一個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，取得兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)b和c。該同學(xué)用刻度尺測(cè)得oa9.62 cm，ob15.89 cm，oc23.64 cm。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，重物的質(zhì)量為1.00 kg，取g9.80 m/s2。在ob段運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，重物重力勢(shì)能的減少量ep_ j，重物動(dòng)能的增加量ek_ j。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(2)乙同學(xué)利用該實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。他打出了一條紙帶后

13、，利用紙帶測(cè)量出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)的距離h，算出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度v，以h為橫軸、以v2為縱軸畫(huà)出了如圖3所示的圖線。由于圖線明顯偏離原點(diǎn)，若測(cè)量和計(jì)算都沒(méi)有問(wèn)題，其原因可能是_。乙同學(xué)測(cè)出該圖線的斜率為k，如果阻力不可忽略，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭_(選填“大于”“等于”或“小于”)k。嘗試解答(1)1.56 1.53(1.531.54均可)(2)先釋放重物，再接通(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)電源_大于。(1)在ob段運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，重物重力勢(shì)能的減少量為：epmghob1.009.800.1589 j1.56 j；b點(diǎn)的速度大小為：vb m/s1.75 m/s，則動(dòng)能的增加量為：ekmv1.

14、001.752 j1.53 j。 (2)從圖象中可以看出，當(dāng)物體下落的高度為0時(shí)，物體的速度不為0，說(shuō)明了操作中先釋放重物，再接通(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)電源。若阻力不可忽略，假設(shè)平均阻力大小為f，則由動(dòng)能定理有mghfhmv2mv，整理得v2ghv，v2h圖線的斜率kgek，那么造成這一現(xiàn)象的主要原因是_。(4)在本實(shí)驗(yàn)中，若某同學(xué)作出了v2h圖象，如圖丙，h為從起點(diǎn)量起的長(zhǎng)度，則據(jù)此得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭_ m/s2。答案(1)2.4(2)0.580.59(3)阻力造成的機(jī)械能損失(4)9.7解析(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v m/s2.4 m/s。(2)打點(diǎn)05過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量ek(m

15、1m2)v20.22.42 j0.58 j；系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量ep(m2m1)gh0.19.8(21.6038.40)102 j0.59 j。(3)由于存在空氣阻力和摩擦阻力，導(dǎo)致機(jī)械能減小，epek。(4)根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒得(m2m1)gh(m1m2)v2，解得gh，圖象斜率kg m/s2，解得g9.7 m/s2?？键c(diǎn) 3實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)裝置圖創(chuàng)新解讀實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新(2013全國(guó)卷)(1)利用機(jī)械能守恒定律確定彈簧彈性勢(shì)能。(2)由平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)量球的初速度。(3)利用平拋位移s與彈簧壓縮量x的圖線處理數(shù)據(jù)。(1)利用系統(tǒng)機(jī)械能守恒代替單個(gè)物體的機(jī)械能守恒。(2)利用光電門(mén)測(cè)算滑塊的瞬時(shí)

16、速度。實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新(1)小球在重力作用下做豎直上拋運(yùn)動(dòng)。(2)利用頻閃照片獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(1)用光電門(mén)測(cè)定小球下落到b點(diǎn)的速度。(2)結(jié)合h圖線驗(yàn)證小球下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。(3)分析實(shí)驗(yàn)誤差epek隨h變化的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)過(guò)程的創(chuàng)新(2016江蘇高考)(1)利用鋼球擺動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(2)利用光電門(mén)測(cè)定擺球的瞬時(shí)速度。例3如圖甲所示，一同學(xué)利用光電計(jì)時(shí)器等器材做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)。有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球從a處由靜止釋放，下落過(guò)程中能通過(guò)a處正下方、固定于b處的光電門(mén)，測(cè)得a、b間的距離為h(hd)，光電計(jì)時(shí)器記錄下小球通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為t，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。則：(1

17、)如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測(cè)得小球的直徑d_ mm。(2)多次改變h，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，作出h隨的變化圖象如圖丙所示，當(dāng)圖中已知量t0、h0和重力加速度g及小球的直徑d滿足表達(dá)式_時(shí)，可判斷小球下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。(3)實(shí)驗(yàn)中，因受空氣阻力影響，小球動(dòng)能增加量ek，總是稍小于重力勢(shì)能減少量ep，適當(dāng)降低下落高度后，則epek將_(選填“增加”“減小”或“不變”)。嘗試解答(1)7.25(2)h0(或2gh0td2)(3)減小。(1)由題圖乙可知，游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為7 mm50.05 mm7.25 mm。(2)若小球減小的重力勢(shì)能等于增加的動(dòng)能，可以認(rèn)為小球的機(jī)械能守恒，則有mghmv2，即2gh02

18、，整理得h0。(3)由于該過(guò)程中有空氣阻力做功，而高度越高，空氣阻力做功越多，故適當(dāng)減小下降高度后，epek將減小。變式3(2019江西景德鎮(zhèn)高三下學(xué)期十校聯(lián)合模擬)用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。氣墊導(dǎo)軌上a處安裝了一個(gè)光電門(mén)，滑塊上固定一遮光條，滑塊用繞過(guò)氣墊導(dǎo)軌左端定滑輪的細(xì)線與鉤碼相連，每次滑塊都從同一位置由靜止釋放，釋放時(shí)遮光條位于氣墊導(dǎo)軌上b位置的上方。(1)某同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d，如圖乙所示，則d_ mm。(2)實(shí)驗(yàn)中，接通氣源，滑塊由靜止釋放后，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為t，測(cè)得滑塊質(zhì)量為m，鉤碼質(zhì)量為m，a、b間的距離為l。在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍

19、內(nèi)，鉤碼減小的重力勢(shì)能mgl與_(用直接測(cè)量的物理量符號(hào)表示)相等，則機(jī)械能守恒。(3)下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是_(請(qǐng)?zhí)顚?xiě)選項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母)。a滑塊必須由靜止釋放b應(yīng)使滑塊的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量c已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣萪應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行答案(1)2.70(2)(3)b解析(1)由圖示游標(biāo)卡尺可知，主尺示數(shù)為2 mm，游標(biāo)尺示數(shù)為140.05 mm0.70 mm，則遮光條的寬度d2 mm0.70 mm2.70 mm。(2)由于遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短，因此滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度為：v；實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，故應(yīng)驗(yàn)證：mgl(mm)v2。(3)本實(shí)驗(yàn)中是通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)判斷鉤碼重力勢(shì)能

20、的減少量與系統(tǒng)動(dòng)能的增加量的關(guān)系，故不需要保證所掛鉤碼的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量m，故b的要求不必要，而由(2)中的分析可知，a、c、d的要求必要，故選b。高考模擬 隨堂集訓(xùn)1(2017天津高考)如圖所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開(kāi)始自由下落，利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(1)對(duì)于該實(shí)驗(yàn)，下列操作中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有利的是_。a重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘b兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對(duì)正c精確測(cè)量出重物的質(zhì)量d用手托穩(wěn)重物，接通電源后，撤手釋放重物(2)某實(shí)驗(yàn)小組利用上述裝置將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到50 hz的交流電源上，按正確操作得到了一條完整的紙帶，由于紙帶較長(zhǎng)，圖中有部分未

21、畫(huà)出，如圖所示。紙帶上各點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)，其中o點(diǎn)為紙帶上打出的第一個(gè)點(diǎn)。重物下落高度應(yīng)從紙帶上計(jì)時(shí)點(diǎn)間的距離直接測(cè)出，利用下列測(cè)量值能完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的選項(xiàng)有_。aoa、ad和eg的長(zhǎng)度 b.oc、bc和cd的長(zhǎng)度cbd、cf和eg的長(zhǎng)度 d.ac、bd和eg的長(zhǎng)度答案(1)ab(2)bc解析(1)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，為降低空氣阻力的影響，重物的質(zhì)量和密度要大，a正確；為減小紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦，兩限位孔要在同一豎直平面內(nèi)上下對(duì)正，b正確；驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式為mghmv2，兩邊質(zhì)量m會(huì)約去，故重物的質(zhì)量沒(méi)必要測(cè)量，c錯(cuò)誤；此做法對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差無(wú)影響，d錯(cuò)誤。(2

22、)利用紙帶數(shù)據(jù)，根據(jù)mghmv2即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。要從紙帶上測(cè)出重物下落的高度并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的速度，選項(xiàng)a、d的條件中，下落高度與所能計(jì)算的速度不對(duì)應(yīng)；選項(xiàng)b的條件符合要求，可以取重物下落oc的過(guò)程；選項(xiàng)c中，可以求出打c、f點(diǎn)的瞬時(shí)速度，又知cf間的距離，可以利用mvmvmgh驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。2(2016全國(guó)卷)某同學(xué)用圖a所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 hz、30 hz和40 hz。打出紙帶的一部分如圖b所示。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有記錄交流電的頻率f，需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)行推算。(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，

23、利用f和圖b中給出的物理量可以寫(xiě)出：在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出b點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為_(kāi)，打出c點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為_(kāi)，重物下落的加速度大小為_(kāi)。(2)已測(cè)得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為_(kāi) hz。答案(1)(s1s2)f(s2s3)f(s3s1)f2(2)40解析(1)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，某一段位移的平均速度等于這段位移所對(duì)應(yīng)的中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度：vb(s1s2)f，同理vc(s2s3)f，加速度a(s3s1)f2。(2)由牛頓第二定律可知：mg0.01mgmaa0

24、.99g又由(1)問(wèn)知：a聯(lián)立得f40 hz。3(2016北京高考)利用圖1裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。(1)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)間的_。a動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量b速度變化量和勢(shì)能變化量c速度變化量和高度變化量(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(kāi)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2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

25、為t。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打o點(diǎn)到打b點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能變化量ep_，動(dòng)能變化量ek_。(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vgt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(méi)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v2h圖象，并做如下判斷：若圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，則重物下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。請(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確。答案(1)a(2)ab(3)mghbm2(4)c(5)見(jiàn)解析解析(1

26、)如果機(jī)械能守恒，則只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，所以本實(shí)驗(yàn)需要比較重物下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)的動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量，a正確。(2)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要交流電源，數(shù)據(jù)處理時(shí)需要利用刻度尺測(cè)量紙帶上的距離，a、b正確；本實(shí)驗(yàn)不需要測(cè)量重物的質(zhì)量，所以不需要天平。(3)從o點(diǎn)到b點(diǎn)，重力勢(shì)能的變化為ep0mghbmghb，因起始點(diǎn)的速度為零，所以動(dòng)能的變化量等于b點(diǎn)的動(dòng)能，b點(diǎn)的速度為v，則動(dòng)能變化量為ekmv2m2。(4)由于實(shí)驗(yàn)中存在空氣阻力和摩擦阻力，重力勢(shì)能的減少量等于動(dòng)能的增加量及摩擦產(chǎn)生的熱量之和，所以動(dòng)能的增加量小于重力勢(shì)能的減少量，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(guò)程中，

27、若阻力f恒定，根據(jù)mghfhmv20，v22h，可知v2h圖象就是過(guò)原點(diǎn)的一條直線。要想通過(guò)畫(huà)v2h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。4(2016江蘇高考)某同學(xué)用如圖1所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺(tái)上，鋼球靜止于a點(diǎn)。光電門(mén)固定在a的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條。將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間t可由計(jì)時(shí)器測(cè)出，取v作為鋼球經(jīng)過(guò)a點(diǎn)時(shí)的速度。記錄鋼球每次下落的高度h和計(jì)時(shí)器示數(shù)t，計(jì)算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和a點(diǎn)之間的勢(shì)能變化大小ep與動(dòng)能變化大小ek，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。(1)用epmgh

28、計(jì)算鋼球重力勢(shì)能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測(cè)量釋放時(shí)的鋼球球心到_之間的豎直距離。a鋼球在a點(diǎn)時(shí)的頂端b鋼球在a點(diǎn)時(shí)的球心c鋼球在a點(diǎn)時(shí)的底端(2)用ekmv2計(jì)算鋼球動(dòng)能變化的大小。用刻度尺測(cè)量遮光條寬度，示數(shù)如圖2所示，其讀數(shù)為_(kāi) cm。某次測(cè)量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.0100 s，則鋼球的速度為v_ m/s。(3)下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：ep(102 j)4.8929.78614.6919.5929.38ek(102 j)5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的ep與ek之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點(diǎn)？請(qǐng)說(shuō)明理由。(4)請(qǐng)你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議。答案(1)b(2)1.50(1.491.51都算對(duì))1