2018屆高考物理一輪復(fù)習 專題 驗證機械能守恒定律導(dǎo)學案1

1、驗證機械能守恒定律基本要求數(shù)據(jù)處理方法一：利用起始點和第n點計算代入ghn和v，如果在實驗誤差允許的情況下，ghnv，則驗證了機械能守恒定律.方法二：任取兩點計算(1)任取兩點A、B，測出hAB，算出ghAB.(2)算出vv的值.(3)在實驗誤差允許的情況下，若ghABvv，則驗證了機械能守恒定律.方法三：圖象法從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出v2h圖線，若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒定律.誤差分析1.減小測量誤差：一是測下落距離時都從0點量起，一次將各打點

2、對應(yīng)下落高度測量完，二是多測幾次取平均值.2.誤差來源：由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，故動能的增加量Ekmv必定稍小于重力勢能的減少量Epmghn，改進辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減少阻力.注意事項1.打點計時器要豎直：安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以減少摩擦阻力.2.重物密度要大：重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料.3.一先一后：應(yīng)先接通電源，讓打點計時器正常工作，后松開紙帶讓重物下落.4.測長度，算速度：某時刻的瞬時速度的計算應(yīng)用vn，不能用vn或vngt來計算.考點精練考向1對實驗原理和操作的考查典例1(2017江西六校模擬)用如圖所示的實驗裝置

3、驗證機械能守恒定律.實驗所用的電源為學生電源，輸出電壓有交流電和直流電兩種.重錘從高處由靜止開始下落，打點計時器在重錘拖著的紙帶上打出一系列的點，對圖中紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律.(1)下列幾個操作步驟中：A.按照圖示，安裝好實驗裝置；B.將打點計時器接到電源的“交流輸出”上；C.用天平測出重錘的質(zhì)量；D.先釋放重錘，后接通電源，紙帶隨著重錘運動，打點計時器在紙帶上打下一系列的點；E.測量紙帶上某些點間的距離；F.根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能.沒有必要的是，操作錯誤的是.(填步驟前相應(yīng)的字母)(2)使用質(zhì)量為m的重錘和打點計時器驗證機械能守

4、恒定律的實驗中，在選定的紙帶上依次取計數(shù)點如圖所示，紙帶上所打的點記錄了重錘在不同時刻的位置，那么紙帶的(填“左”或“右”)端與重錘相連.設(shè)打點計時器的打點周期為T，且0為打下的第一個點.當打點計時器打點“3”時，重錘的動能表達式為，若以重錘的運動起點0為參考點，當打點“3”時重錘的機械能表達式為.解析(1)在此實驗中不需要測出重錘的質(zhì)量，所以選項C沒必要；在實驗室應(yīng)該先接通電源，再釋放紙帶，所以選項D錯誤.(2)因為是自由落體運動，下落的距離應(yīng)該是越來越大，所以紙帶最左端與重錘相連.打點“3”時的瞬時速度v3，重錘動能的表達式Ekmvm2，重錘重力勢能的表達式Epmgx3，重錘機械能的表達式

5、EEpEkmgx3.答案(1)CD(2)左mgx3反思總結(jié)1.安裝打點計時器時，必須使兩個限位孔的中線嚴格豎直，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減小，增大密度可以減小體積，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，先接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后再釋放紙帶.考向2對數(shù)據(jù)處理及誤差的考查典例2(2016新課標全國卷)某同學用圖(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中打點計時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.圖(a)圖(b)該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要

6、用實驗數(shù)據(jù)和其他題給條件進行推算.(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為，打出C點時重物下落的速度大小為，重物下落的加速度大小為.(2)已測得s18.89 cm，s29.50 cm，s310.10 cm；當?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2，實驗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Hz.解析(1)利用做勻變速直線運動的質(zhì)點在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，可得打點計時器打出B點時重物下落的速度vB；打出C點時重物下落的速度vC.根據(jù)加速度的定義，重物下落的加速度大小為a(v

7、CvB)f.(2)根據(jù)題述，重物下落受到的阻力為0.01mg，由牛頓第二定律得，mg0.01mgma，解得a0.99g.由0.99g，解得f40 Hz.答案(1)(2)40反思總結(jié)“驗證機械能守恒定律”實驗題多是對教材實驗或常見練習題進行器材和裝置的改換而成，解決此類問題的思路是從機械能守恒的方程出發(fā)，按照實驗題目的要求，進行實驗的設(shè)計或有關(guān)量的測量.考向3實驗創(chuàng)新與改進本實驗可從下列三個方面改進創(chuàng)新1.實驗器材、裝置的改進2.速度測量方法的改進由光電門計算速度測量紙帶上各點速度3.實驗方案的改進利用自由落體運動的閃光照片驗證機械能守恒定律.典例3(2016江蘇卷)某同學用如圖甲所示的裝置驗證

8、機械能守恒定律.一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點.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)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取v作為鋼球經(jīng)過A點時的速度.記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小Ep與動能變化大小Ek，就能驗證機械能是否守恒.甲乙(1)用Epmgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到之間的豎直距離.A.鋼球在A點時的頂端B.鋼球在A點時的球心C.鋼球在A點時的底端(2)用Ekmv2計算鋼球動能變化的大小.用刻度尺測量遮

9、光條寬度，示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為cm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0.010 0 s.則鋼球的速度為vm/s.(3)下表為該同學的實驗結(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，認為這是由于空氣阻力造成的.你是否同意他的觀點？請說明理由.(4)請你提出一條減小上述差異的改進建議.解析(1)要測量鋼球下落的高度，應(yīng)測量開始釋放時鋼球的球心到鋼球在A點時球心的豎直距離，選B.(2)根據(jù)題圖可知，遮光條的寬度為d1.50 cm，若計時器的示數(shù)為 0.010 0 s，則鋼球的速度

10、v m/s1.50 m/s.(3)由于空氣阻力的存在，鋼球下落過程中克服空氣阻力做功，因此動能的增加量會小于重力勢能的減少量，而題中表格數(shù)值表明動能的增加量大于重力勢能的減少量，顯然誤差不是由于空氣阻力造成的，而是由遮光條在鋼球的下面，測得的速度比鋼球的實際速度大造成的.(4)分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算Ek時，將v折算成鋼球的速度vv.答案(1)B(2)1.50(1.491.51都算對)1.50(1.491.51都算對)(3)不同意，因為空氣阻力會造成Ek小于Ep，但表中Ek大于Ep.(4)分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算Ek時，將v折算成鋼球的速度vv.典例4(2017湖北孝感高三沖刺卷)用如圖甲所示的實驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒.m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律.甲如圖乙給出的是實驗中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點(圖中未標出)，計數(shù)點間的距離如圖乙所示.已知m150 g、m2150 g.則：(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)乙(1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度vm/s.(2)在計數(shù)點05過程中系