高三物理第一輪復(fù)習(xí) 第五章驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律導(dǎo)學(xué)案25 實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)學(xué)案25 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦米杂陕潴w運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證在只有重力作用情況下的物體機(jī)械能守恒實(shí)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)能互相轉(zhuǎn)化，但總的_保持不變?nèi)粑矬w某時(shí)刻的瞬時(shí)速度為v，下落高度為h，則重力勢(shì)能的減少量為_，動(dòng)能的增加量為_，看它們?cè)趯?shí)驗(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：測(cè)出第n個(gè)點(diǎn)與相鄰前后點(diǎn)間的距離xn和xn1，由公式vn_或vn算出，如圖1所示圖1實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)(含鐵夾)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，_，紙帶，復(fù)寫紙，導(dǎo)線，_，重物(帶紙帶夾)實(shí)驗(yàn)步驟圖21安裝、準(zhǔn)備：按如圖2裝置把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)

2、線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生電源連接好把紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過計(jì)時(shí)器限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭赺2打紙帶：先_，后_，讓重物帶著紙帶自由下落，這樣計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下了一系列點(diǎn)，更換紙帶重復(fù)上述步驟做35次實(shí)驗(yàn)3選紙帶：分兩種情況來說明(1)用mv2mgh來驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)選點(diǎn)跡清晰，且1、2兩點(diǎn)間距離小于或接近2 mm的紙帶若1、2兩點(diǎn)間的距離大于2 mm，這是由于先釋放紙帶，后接通電源造成的這樣，第1個(gè)點(diǎn)就不是運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)了，這樣的紙帶不能選(2)用mvmvmgh驗(yàn)證時(shí)，由于重力勢(shì)能的相對(duì)性，處理紙帶時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣紙帶上打出的第1、2兩點(diǎn)間的距離是否為2

3、mm就無關(guān)緊要了，所以只要后面的點(diǎn)跡清晰就可選用數(shù)據(jù)處理在起始點(diǎn)標(biāo)上0，在以后各點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3、用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度h1、h2、h3、利用公式vn計(jì)算出點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3、的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、用以下三種方法進(jìn)行驗(yàn)證：方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算代入ghn和v，如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下ghnv，則機(jī)械能守恒定律是正確的方法二：任取兩點(diǎn)計(jì)算(1)任取兩點(diǎn)A、B測(cè)出hAB，算出ghAB.(2)算出vv的值(3)若在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下ghABvv，則機(jī)械能守恒定律是正確的方法三：圖象法從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量從第一個(gè)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v2為

4、縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出v2h圖線若在實(shí)驗(yàn)誤差允許的條件下，圖象是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒注意事項(xiàng)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)以減少摩擦阻力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，再松開紙帶讓重物下落4紙帶長度應(yīng)選用60 cm左右為宜，應(yīng)選用點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量5速度不能用vngtn或vn計(jì)算，因?yàn)橹灰J(rèn)為加速度為g，機(jī)械能當(dāng)然守恒， 即相當(dāng)于用機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，況且用vngtn計(jì)算出的速度比實(shí)際值大，會(huì)得出機(jī)械能增加的結(jié)論，而實(shí)際上因?yàn)槭苣Σ磷枇Φ挠绊?，機(jī)械能應(yīng)減小，所以速度

5、應(yīng)從紙帶上直接測(cè)量計(jì)算同樣的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測(cè)量，而不能用hngt或hn計(jì)算得到.題型一實(shí)驗(yàn)原理與步驟【例1】 用如圖3所示圖3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，輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種重物從高處由靜止開始下落，重物拖著紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測(cè)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?qǐng)D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”上；C用天平測(cè)量出重物的質(zhì)量；D釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)接通電源開關(guān)打出一條紙帶；E測(cè)量打出的紙帶上某些點(diǎn)間的距離；F根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重物下落過程中減少的

6、重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是_(將其選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母填在橫線處)(2)利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重物下落的加速度a的數(shù)值如圖4所示，根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出A點(diǎn)距起始點(diǎn)O的距離為x0，點(diǎn)A、C間的距離為x1，點(diǎn)C、E間的距離為x2，使用交流電的頻率為f，根據(jù)這些條件計(jì)算重物下落的加速度a_.圖4(3)在上述驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重物減小的重力勢(shì)能總是大于重物增加的動(dòng)能，其原因主要是重物下落的過程中存在阻力作用，可以通過該實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定該阻力的大小若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣裙J(rèn)的較準(zhǔn)確的值是g，還需要測(cè)量的物理量是：_.試用

7、這些物理量和上圖紙帶上的數(shù)據(jù)符號(hào)表示出重物在下落的過程中受到的平均阻力為F_.規(guī)范思維題型二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理【例2】 (2011如皋統(tǒng)考)在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量m1.00 kg的重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列點(diǎn)如圖5所示為選取的一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶，O為第一個(gè)點(diǎn)(速度恰好為零)，每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，選連續(xù)的3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C作為測(cè)量的點(diǎn)，經(jīng)測(cè)量知道A、B、C各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為50.50 cm、86.00 cm、130.50 cm.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一次點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2.圖5根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可計(jì)算出打B點(diǎn)

8、時(shí)的速度vB_ m/s；重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，重力勢(shì)能減少了_ J，動(dòng)能增加了_ J根據(jù)所測(cè)量的數(shù)據(jù)，還可以求出物體實(shí)際下落的加速度為_ m/s2，物體在從A到B下落的過程中所受到的平均阻力為_ N(計(jì)算結(jié)果都要保留3位有效數(shù)字)，該阻力的來源主要有：(1)_；(2)_.1在做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)重物減少的勢(shì)能總是大于重物增加的動(dòng)能，造成這種現(xiàn)象的原因是()A選用的重物質(zhì)量過大B重物質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)C空氣對(duì)重物的阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力D實(shí)驗(yàn)時(shí)操作不太仔細(xì)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確圖62(2010湖南理綜)圖6為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖現(xiàn)有的器材為：帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

9、、紙帶、帶鐵夾的重錘、天平回答下列問題(1)為完成此實(shí)驗(yàn)，除了所給的器材，還需要的器材有_(填入正確選項(xiàng)前的字母)A米尺 B秒表C012 V的直流電源 D012 V的交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有_.(寫出兩個(gè)原因)圖73(2010安徽理綜)利用圖7所示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測(cè)量物體由靜止開始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h.某班同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，設(shè)計(jì)了以下四種測(cè)量方案a用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并測(cè)出下落時(shí)間t，通過vgt計(jì)算出瞬時(shí)速度v.b用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，并通過v計(jì)算出瞬時(shí)速度c根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于這點(diǎn)前后相

10、鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度，并通過計(jì)算得出高度h.d用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h，根據(jù)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度，測(cè)算出瞬時(shí)速度v.以上方案中只有一種正確，正確的是_(填入相應(yīng)的字母)圖84(2011陜西西安地區(qū)聯(lián)考)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：(1)某同學(xué)用圖8所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到圖9所示的紙帶，測(cè)出點(diǎn)A、C間的距離為14.77 cm，點(diǎn)C、E間的距離為16.33 cm，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8 m/s2，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電源的頻率為50 Hz，重錘的質(zhì)量為m1.0 kg，則重錘在下落過程中受到的平均阻力大小Ff_.圖9(2)某

11、同學(xué)上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示重錘增加的動(dòng)能略大于重錘減少的重力勢(shì)能，則出現(xiàn)這一問題的原因可能是_(填序號(hào))A重錘的質(zhì)量測(cè)量錯(cuò)誤B該同學(xué)自編了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)C交流電源的頻率不等于50 HzD重錘下落時(shí)受到的阻力過大5(全國高考22)如圖10所示，兩個(gè)質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1m2，現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(1)若選定物塊A從靜止開始下落的過程進(jìn)行測(cè)量，則需要測(cè)量的物理量有_圖10物塊的質(zhì)量m1、m2；物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間；物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時(shí)間；繩子的長度(2)為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對(duì)此實(shí)驗(yàn)提出以下

12、建議：繩的質(zhì)量要輕；在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長越好；盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，不要搖晃；兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能小以上建議中確實(shí)對(duì)提高準(zhǔn)確程度有作用的是_. (3)寫出一條上面沒有提到的對(duì)提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議：_.圖116某同學(xué)利用如圖11所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，弧形軌道末端水平，離地面的高度為H，將鋼球從軌道的不同高度h處靜止釋放，鋼球的落點(diǎn)距軌道末端的水平距離為x.(1)若軌道完全光滑，x2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足x2_(用H、h表示)(2)該同學(xué)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到一組數(shù)據(jù)，如下表所示：h(101m)2.003.004.005.006.00x2(101m2)2.623

13、.895.206.537.78請(qǐng)?jiān)趫D12給出的坐標(biāo)紙上作出x2h關(guān)系圖圖12(3)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算得到的x2h關(guān)系圖線(圖中已畫出)，自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率_(填“小于”或“大于”)理論值7(2011珠海模擬)在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，使質(zhì)量為m1.00 kg的重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，選取一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶如圖13所示O為第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C為從合適位置開始選取連續(xù)點(diǎn)中的三個(gè)點(diǎn)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間9.80 m/s2，那么：圖13(1)根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù)，應(yīng)取圖中O點(diǎn)到_點(diǎn)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒

14、定律；(2)從O點(diǎn)到(1)問中所取的點(diǎn)，重物重力勢(shì)能的減少量Ep_ J，動(dòng)能增加量Ek_ J(結(jié)果取三位有效數(shù)字)；(3)若測(cè)出紙帶上所有各點(diǎn)到O點(diǎn)之間的距離，根據(jù)紙帶算出各點(diǎn)的速度v及物體下落的高度h，則以為縱軸，以h為橫軸畫出的圖象是下圖中的_實(shí)驗(yàn)學(xué)案25驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律【基礎(chǔ)自主落實(shí)】實(shí)驗(yàn)原理1機(jī)械能mghmv22.實(shí)驗(yàn)器材學(xué)生電源毫米刻度尺實(shí)驗(yàn)步驟1打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近2.接通電源松開紙帶【熱點(diǎn)題型精析】例1 (1)BCD(2)(3)重物的質(zhì)量m mg或mg解析(1)因本實(shí)驗(yàn)中是通過比較重物的重力勢(shì)能減小量mghn和動(dòng)能mv增加量的大小來達(dá)到驗(yàn)證的目的，對(duì)于同一個(gè)研究對(duì)象(重物)來說，質(zhì)量

15、是一定的，故只需比較ghn和v就能達(dá)到目的，選項(xiàng)C是沒必要的選項(xiàng)B、D是錯(cuò)誤的，應(yīng)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“交流輸出”上；釋放懸掛紙帶的夾子，先接通電源開關(guān)再釋放一條紙帶(2)因xaT2，所以a.(3)由牛頓第二定律得平均阻力Fmgma，所以應(yīng)測(cè)量重物的質(zhì)量m，代入加速度得Fmg 或由動(dòng)能定理得：mg(x0x1)F(x0x1)mv 又因?yàn)関C由以上兩式得Fmg規(guī)范思維解答實(shí)驗(yàn)題時(shí)，首先應(yīng)弄清實(shí)驗(yàn)原理和誤差來源，然后針對(duì)具體題目進(jìn)行全面分析只有從原理上著手，問題的解答才有依據(jù)，絕不能死記實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)例2 4.008.438.009.000.800(1)重物受到的空氣阻力(2)紙帶與限位孔之間

16、的摩擦力解析由于每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出，所以每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1 s，同時(shí)可求得86.00 cm50.50 cm35.50 cm0.355 0 m，130.50 cm86.00 cm44.50 cm0.445 0 m根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度可得vB m/s4.00 m/s由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)下落的距離為h86.00 cm0.86 m，重力勢(shì)能減少了EpBmgh1.009.800.86 J8.43 J，根據(jù)求得的B點(diǎn)速度可得，重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)動(dòng)能增加了EkOBmv1.00(4.00)2 J8.00 J由xaT2可求得紙帶下落的

17、加速度a m/s29.00 m/s2根據(jù)牛頓第二定律得mgFfma從A到B下落的過程中所受到的平均阻力為Ffmgma1.009.80 N1.009.00 N0.800 N分析紙帶受到的力有：重力、重物受到的空氣阻力、紙帶與限位孔之間的摩擦力等力的作用，所以阻力的來源是以上除重力之外的力【課時(shí)效果檢測(cè)】1C2(1)AD(2)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦；用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差；計(jì)算勢(shì)能變化時(shí)，選取初末兩點(diǎn)距離過近；交流電頻率不穩(wěn)定等3d4(1)0.05 N(2)BC5(1)或(2)(3)例如：“對(duì)同一高度進(jìn)行多次測(cè)量取平均值”；“選取受力后相對(duì)伸長量盡量小的繩”；“繩和滑輪盡量光滑”等等解析(1)通過連結(jié)在一起的A、B兩物體驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，即驗(yàn)證系統(tǒng)的勢(shì)能變化與動(dòng)能變化是否相等，A、B連接在一起，A下降的距離一定等于B上升的距離；A、B的速度大小總是相等的，故、只測(cè)其中的一個(gè)即可，不需要測(cè)量繩子的長度(2)如果繩子質(zhì)量