2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第五單元機(jī)械能實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律學(xué)案新人教版

PAGE7-試驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律[試驗(yàn)?zāi)康腯1．駕馭驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的方法．2．會(huì)用計(jì)算法或圖象法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)．[試驗(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(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能保持不變．某物體某時(shí)刻瞬時(shí)速度為v，下落高度為h，則重力勢(shì)能的削減量為mgh，動(dòng)能的增加量為eq\f(1,2)mv2，看它們?cè)谠囼?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．計(jì)算打第n個(gè)點(diǎn)時(shí)速度的方法：如圖所示，由公式可得第n個(gè)點(diǎn)的速度vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T).[試驗(yàn)器材]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)．[試驗(yàn)過(guò)程]1．安裝置：按圖示將調(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3～5次試驗(yàn)．3．選紙帶：在打好點(diǎn)的紙帶中選擇點(diǎn)跡清楚的一條紙帶，在起點(diǎn)標(biāo)上0，以后各點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3、4…用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度h1、h2、h3、h4…[驗(yàn)證方法]方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算．代入mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)，假如在試驗(yàn)誤差允許的條件下mghn和eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)相等，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．方法二：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eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)的值．(3)在試驗(yàn)誤差允許的條件下，若mghAB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)成立，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律．方法三：采納圖象法．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eq\f(1,2)v2為縱軸，以h為橫軸，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出eq\f(1,2)v2-h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．[誤差分析]誤差產(chǎn)生緣由減小方法偶然誤差測(cè)量長(zhǎng)度帶來(lái)的誤差(1)測(cè)量距離時(shí)就應(yīng)從計(jì)數(shù)0點(diǎn)量起，且選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)離0點(diǎn)遠(yuǎn)些(2)多次測(cè)量取平均值系統(tǒng)誤差重物和紙帶下落過(guò)程中存在空氣阻力和摩擦阻力(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝穩(wěn)固，并使兩限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力(2)選用質(zhì)量大、體積小的物體作重物，以減小空氣阻力的影響命題點(diǎn)1教材原型試驗(yàn)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)紙帶從靜止起先自由下落，利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．(1)對(duì)于該試驗(yàn)，下列操作中對(duì)減小試驗(yàn)誤差有利的是_______(填選項(xiàng)前的字母)．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)某試驗(yàn)小組利用上述裝置將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到50Hz的溝通電源上，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)間的距離干脆測(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________(填選項(xiàng)前的字母)．A．OA、AD和EG的長(zhǎng)度B．OC、BC和CD的長(zhǎng)度C．BD、CF和EG的長(zhǎng)度D．AC、BD和EG的長(zhǎng)度【解析】(1)利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，依據(jù)試驗(yàn)原理可推斷出A、B能減小下落過(guò)程中空氣阻力和摩擦力，能有效減小試驗(yàn)誤差，A、B正確；機(jī)械能守恒定律表達(dá)式中，重物的質(zhì)量可以約去，精確測(cè)量質(zhì)量不能減小誤差，C錯(cuò)誤；用手托住重物，撤手后最初一段時(shí)間，重物所做運(yùn)動(dòng)并不肯定是自由落體運(yùn)動(dòng)，該操作增大誤差，D錯(cuò)誤．(2)利用測(cè)量值能完成驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的依據(jù)就是重力做功和動(dòng)能的改變量之間的關(guān)系，所以我們必須要確定好初、末位置的速度以及初、末位置的高度差，從四組數(shù)據(jù)可以看出，B、C兩組數(shù)據(jù)滿(mǎn)意此要求，所以B、C正確．【答案】(1)AB(2)BC高分技法1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(kāi)紙帶讓重物下落.4紙帶長(zhǎng)度應(yīng)選用60cm左右為宜，應(yīng)選用點(diǎn)跡清楚的紙帶進(jìn)行測(cè)量.1．某同學(xué)從試驗(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)比較合理的做法是A(填選項(xiàng)前的字母)．A．先打開(kāi)頻閃儀，再釋放鋼球B．先釋放鋼球，再打開(kāi)頻閃儀(2)頻閃儀閃光頻率為f，拍到整個(gè)下落過(guò)程中的頻閃照片如圖所示，結(jié)合試驗(yàn)場(chǎng)景估算f的可能值為C(填選項(xiàng)前的字母)．A．0.1Hz B．1HzC．10Hz D．100Hz(3)用刻度尺在照片上測(cè)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(cè)出鋼球?qū)嶋H直徑D，如圖所示，則D＝4.55cm(4)選用以上各物理量符號(hào)，驗(yàn)證從O到A過(guò)程中鋼球機(jī)械能守恒成立的關(guān)系式為：2gs5＝eq\f(1,4)kf2(s6－s4)2.解析：(1)為了記錄完整的過(guò)程，應(yīng)當(dāng)先打開(kāi)頻閃儀，再釋放鋼球，A正確．(2)天花板到地板的高度約為3m，球做自由落體運(yùn)動(dòng)，從圖中可知經(jīng)過(guò)8次閃光到達(dá)地面，故有eq\f(1,2)g×(8T)2＝3m，解得T≈0.1s，即f＝eq\f(1,T)≈10Hz，C正確．(3)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為D＝45mm＋5×0.1mm＝45.5mm＝4.55cm.(4)到A點(diǎn)的速度為vA＝eq\f(s6－s4,2T)＝eq\f(s6－s4f,2)，依據(jù)比例關(guān)系可知，到A點(diǎn)的實(shí)際速度為v＝eq\f(ks6－s4f,2)，因?yàn)樾∏蛳侣涞膶?shí)際高度為H＝ks5，代入mgH＝eq\f(1,2)mv2，可得2gs5＝eq\f(1,4)kf2(s6－s4)2.命題點(diǎn)2試驗(yàn)拓展創(chuàng)新1．本試驗(yàn)可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)(1)試驗(yàn)方案的改進(jìn)利用單擺搖擺或兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)．(2)速度測(cè)量方法的改進(jìn)由光電門(mén)計(jì)算速度eq\o(→,\s\up7(替代),\s\do5())計(jì)算紙帶上各點(diǎn)速度．(3)試驗(yàn)器材的改進(jìn)利用自由落體運(yùn)動(dòng)的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．2．創(chuàng)新實(shí)例圖示內(nèi)容ΔEp＝ΔEkmgL(1－cosθ)＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2試驗(yàn)要求：m<MΔEp＝ΔEk(M－m)gh＝eq\f(1,2)(m＋M)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2題型1試驗(yàn)器材創(chuàng)新某試驗(yàn)小組利用圖甲所示的裝置測(cè)定重力加速度．小鋼球從固定擋板A位置起先自由下落，測(cè)出小鋼球通過(guò)光電門(mén)B的時(shí)間為Δt，A、B間的距離為h(h遠(yuǎn)大于小鋼球的直徑d)．(1)先用游標(biāo)卡尺測(cè)量鋼球的直徑d，示數(shù)如圖乙所示，鋼球直徑d＝________cm.(2)小鋼球通過(guò)光電門(mén)B時(shí)的速度vB＝________；測(cè)定重力加速度的表達(dá)式為g＝________.(用試驗(yàn)中測(cè)得的物理量符號(hào)表示)(3)為了減小試驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，可以____________________(寫(xiě)出減小試驗(yàn)系統(tǒng)誤差的一種方法)．【解析】(1)鋼球直徑d＝0.8cm＋0.05mm×11＝0.855cm.(2)小鋼球通過(guò)光電門(mén)B時(shí)的速度vB＝eq\f(d,Δt)；依據(jù)veq\o\al(2,B)＝2hg，解得重力加速度的表達(dá)式g＝eq\f(v\o\al(2,B),2h)＝eq\f(d2,2hΔt2).(3)為了減小試驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，可以增大A、B間距離或換直徑更小的球．【答案】(1)0.855(2)eq\f(d,Δt)eq\f(d2,2hΔt2)(3)增大A、B間距離(換直徑更小的球也可)題型2試驗(yàn)方案創(chuàng)新某同學(xué)用如圖甲所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．繞過(guò)定滑輪的細(xì)線連接物塊A和B，A和B的質(zhì)量相同，B上套有一鐵環(huán)C，A的下端與穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連．起先時(shí)固定物塊A，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接溝通電的頻率為50Hz.(1)接通電源，再釋放物塊A，物塊B在下落過(guò)程中穿過(guò)圓環(huán)D時(shí)，鐵環(huán)C落到圓環(huán)D上．圖乙是該過(guò)程打出的一條紙帶，已測(cè)出了紙帶上離第一個(gè)點(diǎn)O較遠(yuǎn)的一些點(diǎn)到O點(diǎn)的距離．由紙帶可知，鐵環(huán)C運(yùn)動(dòng)到圓環(huán)D處時(shí)的速度大小為v＝________m/s(保留3位有效數(shù)字)．(2)要驗(yàn)證機(jī)械能守恒，還須要測(cè)量的物理量為_(kāi)_______．A．起先時(shí)，鐵環(huán)C和圓環(huán)D間的高度差hB．鐵環(huán)C的質(zhì)量mCC．物塊A和B的質(zhì)量mA、mBD．鐵環(huán)C運(yùn)動(dòng)到D所用的時(shí)間t(3)試驗(yàn)只要驗(yàn)證表達(dá)式________(用已知和測(cè)量的物理量符號(hào)表示)在誤差允許的范圍內(nèi)成立，則機(jī)械能守恒得到驗(yàn)證．【解析】(1)鐵環(huán)C運(yùn)動(dòng)到圓環(huán)D處時(shí)的速度大小即為鐵環(huán)被攔住后，A、B勻速運(yùn)動(dòng)的速度，由紙帶可得v＝eq\f(31.28－19.20×0.01,0.06)m/s≈2.01m/s.(2)(3)要驗(yàn)證機(jī)械能守恒，鐵環(huán)C從起先下落到運(yùn)動(dòng)