高考物理復(fù)習(xí)第五章能量和動量實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.docx

實(shí) 驗(yàn) 六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證機(jī)械能守恒定律。二、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(含鐵夾)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源(交流46 V)、紙帶(數(shù)條)、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、重物(帶紙帶夾)。突破點(diǎn)(一)實(shí)驗(yàn)原理與操作典例1在利用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，電源的頻率為50 Hz，依次打出的點(diǎn)為0,1,2,3,4，n。則：圖實(shí)61(1)如用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來驗(yàn)證，必須直接測量的物理量為_、_、_，必須計(jì)算出的物理量為_、_，驗(yàn)證的表達(dá)式為_。(2)下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是_(填寫步驟前面的字母)。A將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺上B接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落C取下紙帶，更換新紙帶(或?qū)⒓垘Х瓊€(gè)面)重新做實(shí)驗(yàn)D將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用手提著紙帶E選擇一條紙帶，用刻度尺測出物體下落的高度h1，h2，h3，hn，計(jì)算出對應(yīng)的瞬時(shí)速度v1，v2，v3，vnF分別算出mvn2和mghn，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)看是否相等答案(1)第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的距離h26第1點(diǎn)到第3點(diǎn)之間的距離h13 第5點(diǎn)到第7點(diǎn)之間的距離h57第2點(diǎn)的瞬時(shí)速度v2第6點(diǎn)的瞬時(shí)速度v6mgh26mv62mv22(2)ADBCEF由題引知要點(diǎn)謹(jǐn)記1.實(shí)驗(yàn)原理的理解對應(yīng)第(1)題1.兩種驗(yàn)證方法,(1)利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算。代入ghn和vn2，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下，ghnvn2，則能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(2)任取兩點(diǎn)計(jì)算任取兩點(diǎn)A、B，測出hAB，算出ghAB。算出vB2vA2的值。在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下，如果ghABvB2vA2，則能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。2.不需要測量物體質(zhì)量m。 集訓(xùn)沖關(guān)1.(2017漳州檢測)用如圖所示的實(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，輸出電壓有6 V的交流電和直流電兩種。重物從高處由靜止開始下落，重物拖著紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(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。(1)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：A按照圖示的裝置安裝器件；B將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上；C用天平測出重物的質(zhì)量；D釋放紙帶，同時(shí)接通電源開關(guān)打出一條紙帶；E測量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離；F根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重物下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能。其中沒有必要進(jìn)行或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是_。(將其選項(xiàng)對應(yīng)的字母填在橫線處)(2)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，若以v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2h的圖像應(yīng)是_才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。v2h圖像的斜率等于_的數(shù)值。解析：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接到電源的交流輸出端上，故B錯(cuò)誤；驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒只需驗(yàn)證mghmv2，即ghv2，故m可約去，不需要用天平。故C沒有必要進(jìn)行；開始記錄時(shí)，應(yīng)先給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電打點(diǎn)，然后再釋放重物，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，由于重物運(yùn)動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差，故D錯(cuò)誤。(2)利用v2h圖線處理數(shù)據(jù)，物體自由下落過程中機(jī)械能守恒，mghmv2，即v2gh，所以以v2為縱軸，以h為橫軸，畫出的圖線應(yīng)是過原點(diǎn)的傾斜直線。那么v2h圖線的斜率就等于重力加速度g。答案：(1)BCD(2)過原點(diǎn)的傾斜直線重力加速度2. (2016北京高考)利用如圖甲裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。甲(1)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的_。A動能變化量與勢能變化量B速度變化量和勢能變化量C速度變化量和高度變化量(2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是_。A交流電源B刻度尺C天平(含砝碼)(3)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢能變化量Ep_，動能變化量Ek_。乙(4)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是_。A利用公式vgt計(jì)算重物速度B利用公式v 計(jì)算重物速度C存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D沒有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法(5)某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒：在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2h圖像，并做如下判斷：若圖像是一條過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能守恒。請你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確。解析：(1)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，重物下落，重力勢能減少，動能增加，要驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的動能變化量與勢能變化量大小是否相等，故選A。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)用到電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，則必須使用交流電源。在計(jì)算動能和勢能變化量時(shí)，需用刻度尺測量位移和重物下落高度。在比較動能變化量和勢能變化量是否相等時(shí)需驗(yàn)證m(v22v12)mgh是否成立，而等式兩邊可約去質(zhì)量m，故不需要天平。故選A、B。(3)從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物下落hB，重力勢能減少，則重物的重力勢能變化量EpmghB。動能增加，則動能的變化量EkmvB20m20m2。(4)重物在下落過程中，除受重力外還存在空氣阻力和摩擦阻力的影響，重物的重力勢能要轉(zhuǎn)化為重物的動能和內(nèi)能，則重力勢能的減少量大于動能的增加量，選項(xiàng)C正確。(5)不正確。v2h圖像為一條直線，僅表明物體所受合力恒定，與機(jī)械能是否守恒無關(guān)。例如，在本實(shí)驗(yàn)中若存在恒定阻力，則物體的機(jī)械能不守恒，但mghFfhmv2，v22h，v2h為一條過原點(diǎn)的直線，故該同學(xué)判斷不正確。要想通過v2h圖像的方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g。答案：(1)A(2)AB(3)mghBm2(4)C(5)該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確。在重物下落h的過程中，若阻力Ff恒定，根據(jù)動能定理得，mghFfhmv20v22h可知，v2h圖像就是過原點(diǎn)的一條直線。要想通過v2h圖像的方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g。突破點(diǎn)(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例2用如圖甲實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)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(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。圖乙給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打下的點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示。已知m150 g、m2150 g，則(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v_ m/s。(2)在計(jì)數(shù)點(diǎn)05過程中系統(tǒng)動能的增量Ek_ J。為了簡化計(jì)算，設(shè)g9.8 m/s2，則系統(tǒng)勢能的減少量Ep_ J。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示EpEk，那么造成這一現(xiàn)象的主要原因是_。(4)在本實(shí)驗(yàn)中，若某同學(xué)作出了v2h圖像，如圖丙，h為從起點(diǎn)量起的長度，則據(jù)此得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭_ m/s2。答案(1)2.4(2)0.580.59(3)摩擦阻力造成的機(jī)械能損失(4)9.7由題引知要點(diǎn)謹(jǐn)記3考查實(shí)驗(yàn)誤差分析對應(yīng)第(3)題因空氣阻力、紙帶與限位孔間的阻力、滑輪軸間阻力做負(fù)功，使系統(tǒng)重力勢能的減少量大于系統(tǒng)動能的增加量。集訓(xùn)沖關(guān)3.(2016四川高考)用如圖所示的裝置測量彈簧的彈性勢能。將彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)軌上，左端固定，右端在O點(diǎn)；在O點(diǎn)右側(cè)的B、C位置各安裝一個(gè)光電門，計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)與兩個(gè)光電門相連。先用米尺測得B、C兩點(diǎn)間距離s，再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A，靜止釋放，計(jì)時(shí)器顯示遮光片從B到C所用的時(shí)間t，用米尺測量A、O之間的距離x。(1)計(jì)算滑塊離開彈簧時(shí)速度大小的表達(dá)式是_。(2)為求出彈簧的彈性勢能，還需要測量_。A彈簧原長B當(dāng)?shù)刂亓铀俣菴滑塊(含遮光片)的質(zhì)量(3)增大A、O之間的距離x，計(jì)時(shí)器顯示時(shí)間t將_。A增大B減小C不變解析：(1)滑塊離開彈簧后做勻速直線運(yùn)動，故滑塊的速率v。(2)根據(jù)功能關(guān)系，彈簧的彈性勢能Epmv2，所以要求彈性勢能，還需要測得滑塊的質(zhì)量，故選項(xiàng)C正確。(3)彈簧的形變量越大，彈性勢能越大，滑塊離開彈簧時(shí)的速度越大，滑塊從B運(yùn)動到C的時(shí)間越短，故x增大時(shí)，計(jì)時(shí)器顯示時(shí)間t將變小，故選項(xiàng)B正確。答案：(1)v(2)C(3)B4(2017淮安月考)用自由落體驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，器材安裝如圖甲。(1)請指出圖甲中的錯(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，打出如圖乙所示一條紙帶。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器頻率為50 Hz，根據(jù)紙帶所給數(shù)據(jù)，打C點(diǎn)時(shí)重物的速度為_m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。(3)某同學(xué)選用兩個(gè)形狀相同質(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)，畫出h的圖像如圖丙所示，求出圖線的斜率k，由圖像可知a的質(zhì)量m1_b的質(zhì)量m2(選填“大于”或“小于”)。(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，已知實(shí)驗(yàn)所用重物的質(zhì)量m20.052 kg，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭9.78 m/s2，求出重物所受的平均阻力Ff_N。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。解析：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要用交流電源，而圖中使用的是直流電源；重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)，得到的數(shù)據(jù)太少；沒有從上方提著紙帶，而是用手托著紙帶。(2)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動過程中的平均速度規(guī)律可得vC，T0.02 s，故解得vC2.3 m/s。(3)根據(jù)公式mghmv2可得v2gh，斜率表示加速度，而質(zhì)量越大，空氣阻力越小，加速度越大，故m1m2。(4)根據(jù)牛頓第二定律可得mgFfmk2代入數(shù)據(jù)可得Ff0.031 N。答案：(1)使用的是直流電源重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)沒有從上方提著紙帶，而是用手托著紙帶(2)2.3(3)大于(4)0.0315(2016全國乙卷)某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)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。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為_，打出C點(diǎn)時(shí)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(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s2，實(shí)驗(yàn)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)重物勻加速下落時(shí)，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律得vBf(s1s2)vCf(s2s3)由s3s12aT2得a。(2)根據(jù)牛頓第二定律，有mgkmgma根據(jù)以上各式，化簡得f代入數(shù)據(jù)可得f40 Hz。答案：(1)f(s1s2)f(s2s3)f2(s3s1)(2)40突破點(diǎn)(三)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新典例3(2016江蘇高考)某同學(xué)用如圖所示的裝置驗(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)之間的勢能變化大小Ep與動能變化大小Ek，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。(1)用Epmgh計(jì)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(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)算鋼球動能變化的大小。用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖所示，其讀數(shù)為_cm。某次測量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.010 0 s。則鋼球的速度為v_m/s。(3)下表為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(rèn)為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點(diǎn)？請說明理由。(4)請你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議。由題引知要點(diǎn)謹(jǐn)記1實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新對應(yīng)題干部分(1)利用細(xì)線系住鋼球來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。(2)利用光電門測鋼球經(jīng)過光電門的速度。2實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新對應(yīng)第(1)、(2)題(1)小球重力勢能的減少量等于小球下擺過程中動能的增加量。(2)mm刻度尺讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀到mm的十分位。3誤差分析與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)對應(yīng)第(3)題(1)因空氣阻力做負(fù)功，導(dǎo)致EkEp，本題中第(3)問出現(xiàn)EkEp，是鋼球的速度計(jì)算方法引起的。(2)改進(jìn)方案應(yīng)從修正鋼球速度大小的角度來設(shè)計(jì)。4本實(shí)驗(yàn)還可以從以下兩個(gè)方面創(chuàng)新(1)利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證。(2)利用牛頓管和頻閃照相進(jìn)行驗(yàn)證。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，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)1.50(1.491.51都算對)(3)不同意，因?yàn)榭諝庾枇斐蒃k小于Ep，但表中Ek大于Ep。(4)分別測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。集訓(xùn)沖關(guān)6.某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，頻閃儀每隔0.05 s閃光一次，如圖所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表。(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?.8 m/s2，小球質(zhì)量m0.2 kg，結(jié)果保留3位有效數(shù)字)時(shí)刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5_ m/s。(2)從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢能增量Ep_ J，動能減少量Ek_ J。(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若Ep與Ek近似相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算得Ep_Ek(選填“”“”或“”)，造成這種結(jié)果的主要原因是_。解析：(1)v5102 m/s3.48 m/s。(2)重力勢能的增量Epmgh，代入數(shù)據(jù)可得Ep1.24 J，動能減少量為Ekmv22mv52，代入數(shù)據(jù)可得Ek1.27 J。(3)由計(jì)算可得EpEk，主要是由于存在空氣阻力。答案：(1)3.48(2)1.241.27(3)”“”或“m2。(2)要使小球做平拋運(yùn)動，則斜槽的末端必須水平。(3)為使小球離開軌道時(shí)的初速度相等，每次釋放小球時(shí)應(yīng)從同一高度由靜止釋放，故步驟D不完善；兩球離開軌道后做平拋運(yùn)動，它們拋出點(diǎn)的高度相等，在空中的運(yùn)動時(shí)間t相等，若碰撞過程動量守恒，則有：m1v1m1v1m2v2，兩邊同乘以t得：m1v1tm1v1tm2v2t，即為：m1m1m2(d)，故步驟F錯(cuò)誤。答案：(1)(2)斜槽末端切線水平(3)D不完善，小球1應(yīng)從斜槽的同一高度由靜止釋放；F錯(cuò)誤，應(yīng)驗(yàn)證：m1OPm1OMm2(ONd)2(2017黃岡檢測)某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn)，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖甲所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導(dǎo)軌的兩個(gè)工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差。下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時(shí)，紙帶始終在水平方向；使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間；已知碰后兩滑塊一起運(yùn)動；先_，然后_，讓滑塊帶動紙帶一起運(yùn)動；取下紙帶，重復(fù)步驟，選出較理想的紙帶如圖乙所示；測得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量為310 g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205 g。(1)請完善實(shí)驗(yàn)步驟的內(nèi)容(填到步驟橫線上)。(2)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算可知兩滑塊相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為_kgm/s；兩滑塊相互作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為_kgm/s。(保留3位有效數(shù)字)(3)試說明(2)問中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是_。解析：(1)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)先接通電源，后放開滑塊1。(2)作用前滑塊1的速度v1 m/s2 m/s，其質(zhì)量與速度的乘積為0.3102 kgm/s0.620 kgm/s，作用后滑塊1和滑塊2具有相同的速度v m/s1.2 m/s，其質(zhì)量與速度的乘積之和為(0.3100.205)1.2 kgm/s0.618 kgm/s。(3)相互作用前后動量減小的主要原因是紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔有摩擦。答案：(1)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源放開滑塊1(2)0.6200.618(3)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔有摩擦突破點(diǎn)(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例2(2014全國卷)現(xiàn)利用圖所示的裝置驗(yàn)證動量守恒定律。在圖中，氣墊導(dǎo)軌上有A、B兩個(gè)滑塊，滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片，左側(cè)與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)的紙帶相連；滑塊B左側(cè)也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，光電計(jì)時(shí)器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)測得滑塊A的質(zhì)量m10.310 kg，滑塊B的質(zhì)量m20.108 kg，遮光片的寬度d1.00 cm；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率f50.0 Hz。將光電門固定在滑塊B的右側(cè)，啟動打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，給滑塊A一向右的初速度，使它與B相碰。碰后光電計(jì)時(shí)器顯示的時(shí)間為tB3.500 ms，碰撞前后打出的紙帶如圖所示。若實(shí)驗(yàn)允許的相對誤差絕對值最大為5%，本實(shí)驗(yàn)是否在誤差范圍內(nèi)驗(yàn)證了動量守恒定律？寫出運(yùn)算過程。解析按定義，滑塊運(yùn)動的瞬時(shí)速度大小v式中s為滑塊在很短時(shí)間t內(nèi)走過的路程。設(shè)紙帶上打出相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為tA，則tA0.02 stA可視為很短。設(shè)滑塊A在碰撞前、后瞬時(shí)速度大小分別為v0、v1。將式和圖給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式得v02.00 m/sv10.970 m/s設(shè)滑塊B在碰撞后的速度大小為v2，由式有v2代入題給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得v22.86 m/s設(shè)兩滑塊在碰撞前、后的總動量分別為p和p，則pm1v0pm1v1m2v2兩滑塊在碰撞前后總動量相對誤差的絕對值為p100%聯(lián)立式并代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得p1.7%4WF1，Wf22Wf1BWF24WF1，Wf22Wf1CWF24WF1，Wf22Wf1DWF24WF1，Wf22Wf1解析：選C因?yàn)槲矬w做勻加速度直線運(yùn)動，所以x1t，x2t，而Wf1mgx1，Wf2mgx2，所以有Wf22Wf1，根據(jù)動能定理有：WF1Wf1mv2，WF2Wf22mv2，所以有WF24WF1，C項(xiàng)正確。命題點(diǎn)二：動能定理和機(jī)械能守恒定律3(2014全國卷)取水平地面為重力勢能零點(diǎn)。一物塊從某一高度水平拋出，在拋出點(diǎn)其動能與重力勢能恰好相等。不計(jì)空氣阻力。該物塊落地時(shí)的速度方向與水平方向的夾角為() A.B.C. D.解析：選B設(shè)物塊水平拋出的初速度為v0，高度為h，由機(jī)械能守恒定律得mv02mgh，即v0。物塊在豎直方向上的運(yùn)動是自由落體運(yùn)動，故落地時(shí)的豎直分速度vyvxv0，則該物塊落地時(shí)的速度方向與水平方向的夾角，故選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤。4(2014全國卷)如圖，一質(zhì)量為M的光滑大圓環(huán)，用一細(xì)輕桿固定在豎直平面內(nèi)；套在大環(huán)上質(zhì)量為m的小環(huán)(可視為質(zhì)點(diǎn))，從大環(huán)的最高處由靜止滑下。重力加速度大小為g。當(dāng)小環(huán)滑到大環(huán)的最低點(diǎn)時(shí)，大環(huán)對輕桿拉力的大小為()AMg5mg BMgmgCMg5mg DMg10mg解析：選C設(shè)大環(huán)半徑為R，質(zhì)量為m的小環(huán)滑下過程中遵守機(jī)械能守恒定律，所以mv2mg2R。小環(huán)滑到大環(huán)的最低點(diǎn)時(shí)的速度為v2，根據(jù)牛頓第二定律得FNmg，所以在最低點(diǎn)時(shí)大環(huán)對小環(huán)的支持力FNmg5mg。根據(jù)牛頓第三定律知，小環(huán)對大環(huán)的壓力FNFN5mg，方向向下。對大環(huán)，據(jù)平衡條件，輕桿對大環(huán)的拉力TMgFNMg5m