第20講試驗驗證機械能守恒定律能量守恒定律

1、第20講實驗：驗證機械能守恒定律能量守恒定律【考情展示測試內(nèi)容測試要求2017 年2016 年2015 年2014 年2013 年探究、實驗：用電火花計時器（或電磁打點計時器）驗證機械能守恒定律a112589能量守恒定律A2111IT考點突破考點一實驗：驗證機械能守恒定律驗證機械能守恒定律就是讓重物做自由落體運動,驗證重物下落過程中減少的重力勢能和增 加的迦邸關(guān)系是否在誤差允許的范圍內(nèi)相等.【特別提醒】（i）驗證機械能守恒定律的實驗中，重物拖著紙帶自由下落，通過對紙帶的測量 獲取數(shù)據(jù)進行驗證.實驗中的幾點說明：要先接通電源再松開紙帶.選取第一、二兩點間距離接近 2 mm,并且點跡清晰的紙帶進行

2、測量.為了減小誤差，重物要選重一些的好.選取某個點，用刻度尺測量第一個點到該點的距離h,測量該點的前后兩點間的距離Xn +Xn Xn 11Xn+1 ,計算打該點時的速度 ”=2T”比較gh與jv2是否近似相等，若是，則驗證了機械 能守恒.（2）誤差分析做好本實驗的關(guān)鍵是盡量減小重物下落過程中的阻力，但阻力不可能完全消除 本實驗中，誤差的主要來源是紙帶摩擦和空氣阻力.由于重物及紙帶在下落中要不斷地克服阻力做功， 因此重物動能的增加量必稍小于重力勢能的減少量，這是系統(tǒng)誤差.減小系統(tǒng)誤差的方法有：選用密度大的實心重物、重物下落前紙帶保持豎直、選用電火花計時器等.由于測量長度會造成誤差，屬偶然誤差，減

3、小該誤差的辦法：一是測距離時都應(yīng)從起點量起，下落高度h適當大些（過小，h不易測準確；過大，阻力影響造成的誤差大），二是多測幾次取平均值.例1】小黃用如圖1所示的裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗.關(guān)于該實驗，下列說法正確的是（）A.重物的質(zhì)量一定是越大越好B.必須用停表測出重物下落的時間C.把停表測得的時間代入 v=gt,計算重物的速度 D.釋放紙帶前，手捏住紙帶上端并使紙帶處于豎直 答案 D解析 為了減少阻力的影響，重物應(yīng)選擇質(zhì)量大一些、體積小一些的，不是質(zhì)量越大越好，故A錯誤；打點計時器可以測量重物下落的時間，不需要用停表測量，故 B錯誤；該實驗是 驗證機械能守恒定律的實驗，做自由落體運動的

4、重物只受重力，機械能守恒，如果把重物的運動看成自由落體運動，再運用自由落體運動的規(guī)律求解速度，那么就不需要驗證了，故C錯誤；釋放紙帶前，手捏住紙帶上端并使紙帶處于豎直，從而減小紙帶與限位孔之間的摩擦，故D正確.【例2 （2016屆鹽城中學模擬）在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，打點計時器所用電源頻率為50 Hz,當?shù)刂亓铀俣鹊闹禐?9.80 m/s2,測得所用重物的質(zhì)量為 1.00 kg.甲、乙、丙三 位同學分別用同一裝置打出三條紙帶，量出各紙帶上第1、2兩點間的距離分別為 0.18 cm、0.19 cm和0.25 cm.可見其中肯定有一位同學在操作上有錯誤，錯誤操作是 . 若按實驗要求正確

5、地選出紙帶進行測量，測得連續(xù)三點A、B、C到第一個點的距離如圖2所示（相鄰計數(shù)點時間間隔為 0.02 s）.那么：單位：cm(1)紙帶 端與重物相連；(2)打點計時器打下計數(shù)點B時，重物的速度 vb=；(3)從起始點O到打下計數(shù)點B的過程中重物重力勢能減少量是AEp=，此過程中重物動能的增加量AEk=;(4)通過計算，數(shù)值上 AEp(選填“”或“ AEk.在驗證機械能守恒定律的實驗中，誤差主要來自于空氣阻力及紙帶和打點計時器限位孔之間的摩擦，故重力勢能的減少量應(yīng)等于動能的增加量和克服阻力做功之和，所以此 題在計算結(jié)果上肯定是重力勢能減少得多，動能增加得少.(5)在實驗誤差允許范圍內(nèi)，機械能守恒

6、.點撥本題考查驗證機械能守恒定律實驗的注意事項，強化實驗的基本要求.考點二能量守恒定律(1)能量既不會憑空產(chǎn)生.也不會憑空消失.它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式.或者從一 個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中其總量不變.(2)自然界中的宏觀過程具有方向心能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出這種方向性.【特別提醒】(1)能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，大到宇宙天體，小 到原子核內(nèi)部，只要能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，就一定遵從能量守恒定律.能量守恒定律的成立不需 要條件，任何情況下都成立.這是由于能量轉(zhuǎn)化形式是多樣的，可以在機械能、內(nèi)能、化學 能、電能、光能、原子能間轉(zhuǎn)化，不限于動能和勢能之

7、間.在轉(zhuǎn)化過程中，一種形式的能減 小，另一種形式的能必然增加，能的總量保持不變.（2）熱能和光能散發(fā)到周圍環(huán)境中去，變?yōu)榄h(huán)境內(nèi)能，我們無法收集起來重新利用，這種現(xiàn)象 叫做能量耗散.能量耗散表明，在能源的利用過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量 上并未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用變?yōu)椴槐阌诶昧?【例3 （2017屆南通中學模擬）下列說法中正確的是（）A.機械能守恒是自然界遵循的普遍規(guī)律B.能量守恒表明，節(jié)約能源是無意義的C.隨著科技的發(fā)展，永動機是可以制成的D.能量耗散反映出自然界宏觀過程的方向性答案 D解析 能量守恒是自然界遵循的普遍規(guī)律，而不是機械能守恒，A錯誤.由自然界

8、中宏觀過程的方向性知，節(jié)約能源有意義.永動機不可能制造出來.點撥 本題考查對能量有關(guān)概念的理解，增強節(jié)能意識.【例4 （2017屆南京模擬）下列對能量守恒定律的認識錯誤的是（）A.某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加B.某個物體的能減少，必然有其他物體的能增加C.不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器一一永動機是不可能制成的D.石子從空中落下，最后靜止在地面上，說明機械能消失了答案 D解析 根據(jù)能量守恒定律，某種形式的能減少，一定存在其他形式能的增加，某個物體的能 的減少，必然有其他物體的能增加，能的總量是保持不變的，永動機是不可能制成的，石子 從空中落到地面機械能沒有消失， D錯.（

9、2016江蘇學測）在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，下列釋放紙帶的操作正確的是答案 A（2014江蘇學測）“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置如圖3所示.關(guān)于該實驗，下列說法正確的是（）II圖3A.重物應(yīng)選用密度小的物體B.兩個限位孔應(yīng)在同一豎直線上C.打點計時器應(yīng)接低壓直流電源D.應(yīng)先釋放紙帶，后接通電源答案 B（2014江蘇學測）崔牛先生向客戶推介他設(shè)計的“超級推進器”，該推進器由超導體、 激光器、致冷劑以及計算機控制系統(tǒng)組成，其神奇之處在于能通過自身的循環(huán)工作，源源不斷地獲得動力，而不需要消耗任何能源.事實上，這是不可能實現(xiàn)的， 因為他的設(shè)計違反了 （）A.質(zhì)量守恒定律B.電荷守恒定律D.能

10、量守恒定律C.機械能守恒定律答案 D（2015江蘇學測）如圖4所示為打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗裝置.打點計統(tǒng)帶時器 接晶卡夾子JI 占-重物 11Lj圖4（1）通過研究重物自由下落過程中增加的 與減少的重力勢能的關(guān)系，從而驗證機械能守恒定律.（2）實驗中打點計時器應(yīng)接 （選填“直流”或“交流”）電源.正確操作得到的紙帶如圖5所示，O點對應(yīng)重物做自由落體運動的初始位置，從合適位置開始選取的三個連續(xù)點A、B、C到O點的距離如圖，已知重物的質(zhì)量為m,重力加速度為g.則從打下O點到B點的過程中，重物減少的重力勢能為 .f i ）_如_一心圖5答案 （1）動能 （2）交流mgh2II強化訓練.

11、（2017屆揚州二模）關(guān)于能量耗散，下列說法中正確的是（）A.能量耗散是指在一定條件下，能量在轉(zhuǎn)化過程中總量減少了B.能量耗散表明，能量守恒定律具有一定的局限性C.能量耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上并未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了D.能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量轉(zhuǎn)化的宏觀過程可以有任意的方向性 答案 C. （2016屆徐州模擬）PM2.5主要來自化石燃料、生物質(zhì)、垃圾的焚燒，為了控制污染，要求 我們節(jié)約及高效利用能源，關(guān)于能源和能量，下列說法正確的是（）A.自然界中的石油、煤炭等能源可供人類永久使用B.能量被使用后就消滅了，所以要節(jié)約能源C.人類應(yīng)多開發(fā)和利用太

12、陽能、風能等新能源D.能源耗散說明自然界的能量在不斷減小答案 C. （2017屆揚州模擬）據(jù)報道，世界上最大的太陽能飛機首次實現(xiàn)跨國飛行，它長達63.4 m的機翼上覆蓋著太陽能電池板.下列說法正確的是（）A.太陽能可以轉(zhuǎn)化為電能B.太陽能不可以轉(zhuǎn)化為電能C.太陽能的利用，說明能量可以消滅D.太陽能的利用，說明能量可以創(chuàng)生答案 A.如圖6所示，在做“驗證機械能守恒定律”實驗時，下列實驗器材需要的是（）圖6A .秒表B .量角器C.打點計時器D.彈簧答案 C.在“驗證機械能守恒定律”實驗中，某同學釋放紙帶瞬間的情景如圖7所示，其中不合理之處是（）A.使用了紙帶B .所掛重物太重C.使用了電火花計時

13、器D.電火花計時器兩限位孔沒有處在同一豎直線上答案 D.做“驗證機械能守恒定律”的實驗，已有鐵架臺、鐵夾、電源、紙帶、打點計時器,還必須選取的器材是圖中的 ABC（2）某同學在實驗過程中：在重物的正下方地面鋪海綿；調(diào)整打點計時器的兩個限位孔連線為豎直；重復多次實驗.以上操作可減小實驗誤差的是 （填序號）.答案 (1)AC(2)解析（1）選用器材A作為重物，帶動紙帶向下運動，選用器材C用來測量重物下落的高度.（2）操作是為了減少摩擦帶來的影響.操作是為了減少偶然誤差. （2017屆無錫學測模擬）在研究自由落體運動的實驗中，某同學打出了一條紙帶，已知打點計時器所接交流電源的頻率為50 Hz,他按打

14、點先后順序從比較清晰的點起，連續(xù)選取0、1、2、3、4等計時點，如圖 8所示，量得0、1兩點之間的距離 X1=3.00 cm,3、4兩點之間的距離X4=4.14 cm,則2、3兩個計時點之間的時間間隔為 s；紙帶在0、1之間的平均速度為 m/s ;重物的加速度為 mS2.圖8答案 0.02 1.5 9.5. （2017屆宿遷學測模擬）如圖9甲所示，是驗證機械能守恒定律的實驗裝置， 重物的質(zhì)量為 m,實驗時應(yīng)先 （選填“接通電源”或“釋放紙帶” ），在選定的紙帶上依次 取計數(shù)點A、B、C如圖乙所示，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為 T,且O為打下的第一個點，各 計數(shù)點距 O點距離如圖乙所示，當打點計時器打下點B時，重物增加的動能表達式為,重物減少的重力勢能表達式為 .（已知重力加速度為 g）圖92答案 接通電源m（ 8T2 1）mgd2.如圖10所示，在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，打點計時器由 （填“直流”或“交流”）電源供電；由于重物在下落過程中受到阻力作用，則重物增加的動能 （填2“大于” “小于”或“等于）減小的重力勢能；實驗中，描點作出h的圖象為直線，當直線的斜率接近于 時，可驗證重物在下落過程中機械能守恒.答案交流小于重力加速度g.圖11a是“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置，圖b為實驗中