2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案(無答案)新人教

1、實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)溯本求源一血面擊贏誦一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證機(jī)械能守恒定律二、實(shí)驗(yàn)原理1 .在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢能和動(dòng)能互相轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能.若質(zhì)量為m的物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，下落高度為h時(shí)的速度為V,則重力勢能的減少量為，動(dòng)能的增加量為，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)重力勢能的減少量與相等,則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.2 .速度的測量：做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于相鄰兩點(diǎn)間的.計(jì)算打第n個(gè)點(diǎn)瞬時(shí)速度的方法是：測出第n個(gè)點(diǎn)的相鄰前、后兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離Xn和Xn+1,由公式Vn=計(jì)算.圖S6-1三、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺（含鐵夾）、電源及導(dǎo)線（使用電火花計(jì)時(shí)器

2、時(shí)用220V交流電源）、紙帶、復(fù)寫紙片、重物（帶紙帶夾），實(shí)驗(yàn)裝置如圖S&1所示.四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .器材安裝：如圖S&1所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺上，用導(dǎo)線將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與低壓交流電源相連，此時(shí)電源開關(guān)應(yīng)為狀態(tài).2 .打紙帶：把紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重物停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器下方附近，應(yīng)先，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再松開紙帶.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)，取下紙帶，換上新的紙帶重打幾條（35條）紙帶.3 .選紙帶:用起始點(diǎn)初速度為零驗(yàn)證.選點(diǎn)跡清晰,且1、2兩點(diǎn)間距離小于或接近2mm勺紙帶進(jìn)行測量.若1、2兩點(diǎn)

3、間的距離大于2mm這是由于先釋放紙帶，后接通電源造成的，則第1個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的瞬時(shí)速度（選填“不等于”或“等于"）零.4 .數(shù)據(jù)測量5 .驗(yàn)證結(jié)論：在的范圍內(nèi)，重物自由下落過程中機(jī)械能守恒.實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)探究u-da.a->j-ajjs>«d-a«.»-uaja_daa-iid-ij-udd.-»aj-tt.-j-ts-au.-i>14-，金一jj-&=44b：1>>-»>-JCM高考拓展延伸。熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作例1某同學(xué)用如圖S6-2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)生電源可

4、以提供輸出電壓為6V的交變電流和直流電，交變電流的頻率為50Hz重錘從高處由靜止開始下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)測量并分析，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.（1）他進(jìn)行了下面幾個(gè)操作步驟：A按照圖示的裝置安裝器材；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.測量紙帶上某些點(diǎn)間的距離；F.根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于其增加的動(dòng)能其中沒有必要進(jìn)行的步驟是,操作不當(dāng)?shù)牟襟E是.（均填步驟前的選項(xiàng)字圖S6-2(2)這位同學(xué)進(jìn)行正確測量后挑選出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測量分析，如圖乙所示，其中O點(diǎn)

5、為起始點(diǎn),AB、C、口E、F為六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn).根據(jù)紙帶上的測量數(shù)據(jù)，可得出打B點(diǎn)時(shí)重錘的速度為m/s(保留3位有效數(shù)字).?2.(3)他根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)算出各點(diǎn)的速度v,量出下落距離h,并以不為縱軸、h為橫軸畫出的圖像應(yīng)是圖S6-3中的(選填項(xiàng)字母).圖 S6-3變式題某學(xué)習(xí)小組用如圖S6-4所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證“機(jī)械能守恒定律”.他們在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B細(xì)線一端連在滑塊(帶遮光條)上，另一端繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與鉤碼相連，每次滑塊都從A處由靜止釋放.圖S6-4(1)下列實(shí)驗(yàn)要求中不必要的一項(xiàng)是(填選項(xiàng)前的字母).A應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平B.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行C應(yīng)使A位置與光電門B間

6、的距離適當(dāng)大些D,應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量£圖S6-5(2)用螺旋測微器測量遮光條寬度d,測量結(jié)果如圖S6-5所示，則d=mm(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，已知滑塊(帶遮光條)的質(zhì)量為M鉤碼質(zhì)量為mA、B間的距離為L,遮光條的寬度為d,遮光條通過光電門的時(shí)間為t,重力加速度為g,若滿足關(guān)系式(用Mmg、L、d、t表示)，即可驗(yàn)證從A到B過程中系統(tǒng)機(jī)械能守恒.要點(diǎn)總結(jié)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn)，使兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以減小摩擦阻力(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，再松開紙帶讓重物下落.(4)紙帶長度應(yīng)選用60cm左右為宜，應(yīng)選用

7、點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測量.0熱點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2某同學(xué)安裝如圖S6-6所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.如圖S6-7所示是該實(shí)驗(yàn)得到的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，現(xiàn)要取A、B兩點(diǎn)來驗(yàn)證，已知電火花計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn).左Ij叼1“一.I右圖S6-6圖S6-7請回答下列問題：(1)電火花計(jì)時(shí)器的工作電壓是V.(2)若x2=4.80cm,則在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)的速度vb=m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).(3)若xi數(shù)據(jù)也已測出，則實(shí)驗(yàn)還需測出的物理量為.(4)經(jīng)過測量計(jì)算后，某同學(xué)畫出了如圖S6-8所示的E-h圖線，則圖中表示重物動(dòng)能隨重物高度變化的曲線為(選填“圖線A”或“圖線B”).圖

8、S6-9變式題用如圖S6-9所示實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證物塊1、2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，物塊2從高處由靜止開始下落，物塊1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.圖S610給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶，其中0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)(圖中未標(biāo)出，交流電的頻率為50Hz),計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示.已知物塊1、2的質(zhì)量分別為m=50g、m=150g,g取9.8m/s2.圖S6-10(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v=m/s.(2)在打點(diǎn)05過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增加量AE=J,系統(tǒng)勢能的減少量AEp=J.可知在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，系統(tǒng)的機(jī)械能.要點(diǎn)總結(jié)速度

9、不能用Vn=gtn或Vn=V2?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，況且用Vn=gtn計(jì)算出的速度比實(shí)際值大，會(huì)得出機(jī)械能增加的結(jié)論，而實(shí)際上因?yàn)槭苣Σ磷枇Φ挠绊懀瑱C(jī)械能應(yīng)減小，所以速度應(yīng)通過測量計(jì)算1?2c得到.同樣的道理，重物下落的高度h也只能用刻度尺直接測量，而不能用hn=1g?2?或hn=?22計(jì)算得到.©熱點(diǎn)三同類實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材及裝置的替換速度測量方法的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新II入重物測量紙帶上各點(diǎn)速度一由光電門計(jì)算速度利用自由落體運(yùn)動(dòng)的閃光照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律例3為了驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，某學(xué)生想到用氣墊導(dǎo)軌和光電

10、門及質(zhì)量為m的小車來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖S6-11所示，他將長為L、原來已調(diào)至水平的氣墊導(dǎo)軌的左端墊高H在導(dǎo)軌上的兩點(diǎn)處分別安裝光電門A和B,然后將小車從導(dǎo)軌上端釋放，光電門自動(dòng)記錄小車經(jīng)過上、下光電門時(shí)車上擋光片的擋光時(shí)間為ti、12,用游標(biāo)卡尺測得擋光片寬度為d.(1)要驗(yàn)證小車在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒,還必須測出.(2)寫出本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式：(用上面測量出的物理量符號表示).實(shí)驗(yàn)所用滑塊的質(zhì)量m毛00g,其他數(shù)據(jù)分別為L=1.5GH=l0cm、l=50cm,則實(shí)驗(yàn)中重力勢能的減少量為J.(g取10m/s2)(4)如果氣墊導(dǎo)軌左端墊高H的值可調(diào)，此實(shí)驗(yàn)還可以探究在質(zhì)量不變時(shí)，物體的

11、加速度與合力的關(guān)系，回答下列問題：小車的加速度為a=，小車所受合力為F=.(用上面測量出的物理量符號表示)要改變小車受到的合力，只需改變;作加速度一合力圖像時(shí)，橫軸可用代替.變式題某同學(xué)設(shè)計(jì)出如圖S&12所示“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置，小球用輕質(zhì)細(xì)繩懸掛于O點(diǎn)，在O點(diǎn)正下方固定一刀片，并在水平地面上用重錘記錄下O點(diǎn)在水平面的投影，將小球拉至與O等高的水平位置處，繩被拉直，從靜止釋放小球，當(dāng)小球到達(dá)O點(diǎn)正下方時(shí)刀片割斷細(xì)繩，小球做平拋運(yùn)動(dòng)，記錄下小球的落點(diǎn).oroIII93刀片*：X,I777777777777777777777.OT圖S6-12(1)下列物理量中需要測量的是(填選

12、項(xiàng)前的字母).A細(xì)繩的長度LB.O點(diǎn)到地面的高度HCO點(diǎn)在地面的投影到小球落點(diǎn)的水平距離xD.小球的質(zhì)量m(2)利用題(1)中的字母，需要驗(yàn)證的等式是_.要點(diǎn)總結(jié)本實(shí)驗(yàn)可從多個(gè)角度進(jìn)行創(chuàng)新.?.(1)實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新：利用光電門測出擋光條通過光電門的時(shí)間At,從而利用v?計(jì)算滑塊通過光電門的速度.利用氣墊導(dǎo)軌彳t替長木板，減小阻力對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響.(2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新：將滑塊、擋光條、托盤和祛碼看作一個(gè)系統(tǒng)來驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒1(3)本實(shí)驗(yàn)還可以從以下兩個(gè)方面創(chuàng)新：利用擺球進(jìn)行驗(yàn)證，只需驗(yàn)證mgh=mV即可.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

13、力作用而帶來的誤差.課時(shí)鞏固訓(xùn)練圖 S6-13一軸則原智使升戢一1.用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，器材安裝如圖S6-13所示.(1)請指出圖中的錯(cuò)誤及不妥之處(至少寫出兩處):_;(2)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中錯(cuò)誤及不妥之處后，打出如圖S6-14所示的一條紙帶.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源的頻率為50Hz,根據(jù)紙帶所給數(shù)據(jù)，打C點(diǎn)時(shí)重物的速度為(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)m/s.單位一*26.56*43IJUJ圖S6-14r/2圖S6-15?2.(3)某同學(xué)選用兩個(gè)形狀相同但質(zhì)量不同的重物a和b進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測得幾組數(shù)據(jù)，回出可-h的(選填“大于”或,已知實(shí)驗(yàn)所用重物的質(zhì)圖像如圖S&15所示，求出圖線的斜率k,

14、由圖像可知a的質(zhì)量m“小于”)b的質(zhì)量m.(4)通過分析發(fā)現(xiàn)造成k2值偏小的原因是實(shí)驗(yàn)過程中存在各種阻力量m=0. 052kg,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9. 78m/s2,則重物所受的平均阻力f=(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)N.IllIIIlliII1.1IIillI1.105LOJ520圖S6-162 .某課外小組利用豎直上拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律某同學(xué)利用20分度的游標(biāo)卡尺測量小球的直徑，讀數(shù)如圖S6-16所示，小球的直徑d二cmM度尺圖S6-17(2)用如圖S6-17所示的彈射裝置將小球豎直向上彈出，小球先后經(jīng)過光電門A、B,計(jì)時(shí)裝置測出通過A和B的時(shí)間分別為tA和tB,用刻度尺測出光電門AB間距

15、離h,已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間,則只需要驗(yàn)證等量關(guān)系式(用所測物理量符號表示)成立,就可說明在誤差允許范圍內(nèi)小球機(jī)械能守恒.3 .在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，使質(zhì)量為m=200g的重物拖著紙帶自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn).選取一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶如圖S6-18所示，O為紙帶下落的起始點(diǎn)，A、BC為紙帶上選取的三個(gè)連續(xù)點(diǎn).已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔T=0.02s打一個(gè)點(diǎn),當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間=9.80m/s2.圖 S6-18?一(1)計(jì)算B點(diǎn)瞬時(shí)速度時(shí)，甲同學(xué)用vb=v2?,乙同學(xué)用VB=g(nT),丙同學(xué)用vb-萬萬.其中所選擇方法正確的是(選填“甲”“乙”或“丙”)同學(xué).(sob

16、與SAC分別表示紙帶上QB間和A、C間的距離，n為從O到B之間的間隔數(shù))(2)紙帶下落的加速度為m/s2(保留三位有效數(shù)字),下落過程中受到的阻力f=4 .2018-深圳二調(diào)某同學(xué)從實(shí)驗(yàn)室天花板處自由釋放一鋼球，用頻閃攝影手段驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.頻閃儀每隔相等時(shí)間短暫閃光一次，照片上記錄了鋼球在各個(gè)時(shí)刻的位置.(1)操作時(shí)比較合理的彳法是(填選項(xiàng)前的字母).A先打開頻閃儀，再釋放鋼球B.先釋放鋼球，再打開頻閃儀(2)頻閃儀閃光頻率為f,拍到整個(gè)下落過程中的頻閃照片如圖S6-19所示，結(jié)合實(shí)驗(yàn)場景估算f的可能值為(填選項(xiàng)前的字母).A0.1HzB.1HzC10HzD100Hz456cm|皿而皿l

17、lllll-利1呵崢尺3m圖S6-20(3)用刻度尺在照片上測量鋼球各位置到釋放點(diǎn)O的距離分別為S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8,重力加速度為g.已知實(shí)際直徑與照片上鋼球直徑之比為k.用游標(biāo)卡尺測出鋼球?qū)嶋H直徑D如圖S6-20所示，則D=cm(4)選用以上各物理量符號，驗(yàn)證從O到A過程中鋼球機(jī)械能守恒成立的關(guān)系式為：2gS5=.5.某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖S6-21所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：圖S6-21將光電門安放在固定于水平地面上的長木板上；將細(xì)繩一端連在小車上，另一端繞過兩個(gè)定滑輪后懸掛一鉤碼，調(diào)節(jié)木板上滑輪的高度，使該滑輪與小車間的細(xì)繩與木板平行；測出開始時(shí)小車上遮光板與光電門之間的距離L接通電源，釋放小車，記下小車遮光板經(jīng)過光電門的時(shí)間t;根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出小車與鉤碼組成的系統(tǒng)動(dòng)能的增加量和鉤碼重力勢能的減少量；改變L的大小，重復(fù)