（浙江專版）2023版高考物理大一輪復(fù)習(xí)第五章機(jī)械能守恒定律實驗8驗證機(jī)械能守恒定律學(xué)案

PAGEPAGE1實驗8驗證機(jī)械能守恒定律(必考)[考綱解讀](1)會根據(jù)紙帶測定下落的距離，掌握測量瞬時速度的方法。(2)能根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出實驗結(jié)論。(3)能對實驗誤差的產(chǎn)生原因作定性分析。,誤差分析1.減小測量誤差：一是測下落距離時都從0點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)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ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)必定稍小于重力勢能的減少量ΔEp＝mghn，改良方法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減小阻力?？键c(diǎn)一實驗原理與實驗操作1.打點(diǎn)計時器要豎直：安裝打點(diǎn)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(diǎn)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＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)，不能用vn＝eq\r(2ghn)或vn＝gt來計算。1.利用圖示裝置進(jìn)行驗證機(jī)械能守恒定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時的瞬時速度v和下落高度h。某班同學(xué)利用實驗得到的紙帶，設(shè)計了以下四種測量方案：A.用刻度尺測出物體下落的高度h，并測出下落時間t，通過v＝gt計算出瞬時速度vB.用刻度尺測出物體下落的高度h，并通過v＝eq\r(2gh)計算出瞬時速度vC.根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動時紙帶上某點(diǎn)的瞬時速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測算出瞬時速度v，并通過h＝eq\f(v2,2g)計算出高度hD.用刻度尺測出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動時紙帶上某點(diǎn)的瞬時速度，等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測算出瞬時速度v以上方案中只有一種正確，正確的選項是________。(填入相應(yīng)的字母)解析在驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中不能將物體下落的加速度看做g，只能把它當(dāng)做未知的定值，所以正確方案只有D項。答案D2.用如下圖的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律。實驗所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種。重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對圖中紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測量，即可驗證機(jī)械能守恒定律。(1)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：A.按照圖示的裝置安裝器件B.將打點(diǎn)計時器接到電源的“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)果計算重錘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)行的步驟是________，操作不當(dāng)?shù)牟襟E是________。(2)利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值。根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上的連續(xù)的五個點(diǎn)A、B、C、D、E，測出各點(diǎn)之間的距離如下圖，使用電源的頻率為f，那么計算重錘下落的加速度的表達(dá)式a＝________。(用x1、x2、x3、x4及f表示)。解析此題考查“驗證機(jī)械能守恒定律〞的實驗步驟、數(shù)據(jù)處理和牛頓第二定律。(1)步驟C不必要。重錘的質(zhì)量不需要測量，因為等式mgh＝eq\f(1,2)mv2兩邊把質(zhì)量約掉了；打點(diǎn)計時器使用的是低壓交流電源，所以步驟B是錯誤的。(2)為了減小實驗誤差，可以采用逐差法求加速度，x4－x2＝2aT2，x3－x1＝2aT2，所以由以上兩式得a＝eq\f(〔x3＋x4－x1－x2〕f2,4)。答案(1)CB(2)eq\f(〔x3＋x4－x1－x2〕f2,4)考點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理及誤差分析數(shù)據(jù)處理的方法方法一：用eq\f(1,2)mv2＝mgh驗證時，利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計算。方法二：用eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝mgΔh驗證時，任取兩點(diǎn)計算。方法三：圖象法。從紙帶上選取多個點(diǎn)，測量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h，并計算各點(diǎn)速度的平方v2，然后以eq\f(1,2)v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出eq\f(1,2)v2－h(huán)圖線。假設(shè)在誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，那么驗證了機(jī)械能守恒定律。1.在進(jìn)行“驗證機(jī)械能守恒定律〞的實驗中：(1)兩實驗小組同學(xué)分別采用了如圖甲和乙所示的裝置，采用兩種不同的實驗方案進(jìn)行實驗。①在圖甲中，下落物體應(yīng)選擇密度________(選填“大〞或“小〞)的重物；在圖乙中，兩個重物的質(zhì)量關(guān)系是m1________m2(選填“＞〞、“＝〞、“＜〞)；②采用圖乙的方案進(jìn)行實驗，還需要的實驗器材有交流電源，刻度尺和________；③比擬兩種實驗方案，你認(rèn)為圖________(選填“甲〞或“乙〞)所示實驗方案更合理，理由是______________________________________________________。(2)有一同學(xué)采用了圖甲所示的方案，選出一條紙帶如以下圖所示，其中O點(diǎn)為起始點(diǎn)，A、B、C為三個計數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計時器通以50Hz交流電，在計數(shù)點(diǎn)A和B之間、B和C之間還各有一個點(diǎn)，重物的質(zhì)量為0.5kg，g取9.8m/s2。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，打B點(diǎn)時重物的重力勢能比開始下落時減少了________J，這時它的動能是________解析(1)①為了減小空氣阻力的影響，選擇體積小、密度大的重物；在題圖乙中，m2在m1的拉力作用下向上運(yùn)動，所以m1＞m2。②兩重物質(zhì)量不等，分析系統(tǒng)損失的重力勢能是否近似等于增加的動能時，兩邊質(zhì)量不能約去，故需要天平測量兩重物的質(zhì)量。③題圖乙中所示實驗還受到細(xì)線與滑輪的阻力的影響，機(jī)械能損失較大，故題圖甲所示實驗方案較為合理。(2)重力勢能減少量為ΔEp＝mghOB＝0.867J；打B點(diǎn)時重物的速度為vB＝eq\f(xOC－xOA,2T)，打B點(diǎn)時重物的動能為ΔEkB＝eq\f(1,2)m(eq\f(xOC－xOA,2T))2＝0.852J，可見在誤差允許的范圍內(nèi)，重物下落時機(jī)械能守恒。答案(1)①大＞②天平③甲圖乙中還受到細(xì)線與滑輪的阻力的影響(2)0.8670.852在誤差允許的范圍內(nèi)，重物下落時機(jī)械能守恒2.在“驗證機(jī)械能守恒定律〞的實驗中，現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺、電磁打點(diǎn)計時器、紙帶、重錘、天平、毫米刻度尺、50Hz交流電源。答復(fù)以下問題：(1)關(guān)于重錘的選用，以下說法正確的選項是()A.選用重錘時，重的比輕的好B.選用重錘時，密度大的比密度小的好C.選用重錘后要稱質(zhì)量D.重錘所受重力要遠(yuǎn)大于它所受的空氣阻力和打點(diǎn)計時器對紙帶的阻力(2)如下圖，釋放紙帶前的瞬間，重錘和手的位置合理的是________(填“甲〞、“乙〞、“丙〞或“丁〞)。作這樣選擇的原因是_________________________。(3)在實驗中，由于打點(diǎn)計時器兩限位孔不在同一豎直線上，使紙帶通過時受到較大阻力，那么結(jié)果()A.mgh>eq\f(1,2)mv2 B.mgh<eq\f(1,2)mv2C.mgh＝eq\f(1,2)mv2 D.以上都有可能解析(1)選重錘應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的，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。應(yīng)選項A、B、D正確。(2)實驗中要讓重物靠近打點(diǎn)計時器，可以在紙帶上記錄足夠多的點(diǎn)；實驗中手提著紙帶上端并保持紙帶豎直，可以減少紙帶與限位孔間的摩擦阻力，故丙正確。原因如上所述。(3)重物帶動紙帶下落過程中，除了重力還