2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第五章機(jī)械能實(shí)驗(yàn)5驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案新人教版

1、實(shí)驗(yàn)5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（v00）中，重力勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能保持不變.（2）如圖所示，設(shè)n是離釋放點(diǎn)0較遠(yuǎn)的一個(gè)點(diǎn)，則從0n：減少的重力勢(shì)能epmghn，增加的動(dòng)能ekm.（3）在誤差允許的范圍內(nèi)，若ep與ek相等，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電源、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、導(dǎo)線兩根.（1）安裝器材：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與低壓電源相連.（2）打紙帶.用手豎直提起紙帶，使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器下方附近，先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，取下

2、紙帶，換上新的紙帶重打幾條（35條）紙帶.（3）選紙帶：分兩種情況說明.若選第1點(diǎn)0到下落到某一點(diǎn)的過程，即用mghmv2來驗(yàn)證，應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，且第1、2兩點(diǎn)間距離小于或接近2 mm的紙帶.用mvmvmgh驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢(shì)能的相對(duì)性，處理紙帶時(shí)選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣紙帶上打出的第1、2兩點(diǎn)間的距離是否小于或接近2 mm就無關(guān)緊要了.在誤差允許的范圍內(nèi)，自由落體運(yùn)動(dòng)過程機(jī)械能守恒.（1）測(cè)量誤差：減小測(cè)量誤差的方法，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）系統(tǒng)誤差：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ekmv必定稍小于重力

3、勢(shì)能的減少量epmghn，改進(jìn)辦法是調(diào)整安裝的器材，盡可能地減小阻力.（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）重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料.（3）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來計(jì)算.方案一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算.代入mghn和mv，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，mghn和mv相等，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.方案二：任取兩點(diǎn)計(jì)算.（1）任取兩點(diǎn)a、b，測(cè)出hab， 算出mghab.（2）算出mvmv的值.（3）在實(shí)驗(yàn)誤差允

4、許的范圍內(nèi)，若mghabmvmv，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.方案三：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)作出v2h圖象.若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.考點(diǎn)一 教材原型實(shí)驗(yàn)（2019西安檢測(cè)）用如圖甲所示的實(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的交變電流和直流電兩種.重錘從高處由靜止開始落下，重錘上拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，已知重力加速度為g.（1）下面列舉了該實(shí)

5、驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：a.按照?qǐng)D甲所示的裝置安裝器件；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)量出重錘的質(zhì)量；d.先釋放紙帶，然后接通電源開關(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)算重錘下落過程中減少的重力勢(shì)能在誤差范圍內(nèi)是否等于增加的動(dòng)能.其中沒有必要或操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是（填寫選項(xiàng)字母）.（2）如圖乙所示是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，將起始點(diǎn)記為o，并在離o點(diǎn)較遠(yuǎn)的任意點(diǎn)依次選取6個(gè)連續(xù)的點(diǎn)，分別記為a、b、c、d、e、f，量出各點(diǎn)與o點(diǎn)的距離分別為h1、h2、h3、h4、h5、h6，使用交變電流的周期為t，設(shè)重錘質(zhì)量為m，則在打e點(diǎn)時(shí)重錘的動(dòng)能為，在打o

6、點(diǎn)和e點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi)的重力勢(shì)能的減少量為.（3）在本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢(shì)能總是（選填“大于”或“小于”）重錘增加的動(dòng)能，主要是因?yàn)樵谥劐N下落過程中存在著阻力的作用，為了測(cè)定阻力大小，可算出第（2）問中紙帶各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度，分別記為v1至v6，并作v-hn圖象，如圖丙所示，直線斜率為k，則可測(cè)出阻力大小為解析：（1）步驟b應(yīng)該將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的交流輸出端上；步驟c中沒必要用天平測(cè)量出重錘的質(zhì)量；步驟d中應(yīng)該先接通電源開關(guān)，然后釋放紙帶，打出一條紙帶；故沒有必要或操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是bcd.（2）在打e點(diǎn)時(shí)重錘的速度為ve，則在打e點(diǎn)時(shí)重錘的動(dòng)能為ekemvm；在打o點(diǎn)和e點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi)的重力

7、勢(shì)能的減少量為mgh5.（3）在本實(shí)驗(yàn)中，重錘減少的重力勢(shì)能總是大于重錘增加的動(dòng)能，根據(jù)v2ahn可知，vhn圖象的斜率k2a，而mgfma，解得fm.答案：（1）bcd（2）mgh5（3）大于m “驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)控制實(shí)驗(yàn)條件，使運(yùn)動(dòng)過程滿足機(jī)械能守恒的條件，盡量減小各種阻力的影響，可采取以下措施：1.安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩個(gè)限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小摩擦阻力.2.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(duì)減小，增大密度可減小體積，可使空氣阻力減小.3.釋放紙帶前要保持紙帶豎直、靜止不動(dòng)，先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再釋放紙帶.考點(diǎn)二 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)惩瑢W(xué)用如圖

8、甲所示的裝置驗(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)過光電門的擋光時(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.甲（1）用epmgh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.

9、用刻度尺測(cè)量遮光條寬度，示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為_cm.某次測(cè)量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.010 0 s.則鋼球的速度為v m/s.乙（3）下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：ep/（102j）4.8929.78614.6919.5929.38ek/（102j）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)說明理由.（4）請(qǐng)你提出一個(gè)減小上述差異的改進(jìn)建議.解析：（1）高度變化要比較鋼球球心的高度變化.（2）毫米刻度尺讀數(shù)時(shí)要估讀到毫米下一位，由v代入數(shù)據(jù)可計(jì)算出相應(yīng)速度.（3）從表中數(shù)據(jù)可知ekep，若有空氣阻力，則應(yīng)為ekep

10、，所以不同意他的觀點(diǎn).（4）實(shí)驗(yàn)中遮光條經(jīng)過光電門時(shí)的速度大于鋼球經(jīng)過a點(diǎn)時(shí)的速度，因此由ekmv2計(jì)算得到的ek偏大，要減小ep與ek的差異可考慮將遮光條的速度折算為鋼球的速度.答案：（1）b（2）1.50（1.491.51都算對(duì)）1.50（1.491.51都算對(duì)）（3）不同意，因?yàn)榭諝庾枇?huì)造成ek小于ep，但表中ek大于ep（4）分別測(cè)出光電門和球心到懸點(diǎn)的長度l和l，計(jì)算ek時(shí)，將v折算成鋼球的速度vv創(chuàng)新性（或設(shè)計(jì)性）實(shí)驗(yàn)的解決步驟：1.找原型：把教材中的實(shí)驗(yàn)原型或者相關(guān)的物理理論知識(shí)在頭腦中完整、準(zhǔn)確地重現(xiàn)出來.2.找差別：將實(shí)驗(yàn)中所給器材與實(shí)驗(yàn)原型中器材進(jìn)行對(duì)比，看一下少了什么器材或什么器材的量程不滿足要求，再看一下“多”給了什么器材，注意“多給”的器材往往就是解決問題的金鑰匙.3.定原理：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在