2018年高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律教學(xué)案

實(shí)驗(yàn)六 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1.掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的方法.2.會(huì)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以達(dá)到驗(yàn)證目的 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律【實(shí)驗(yàn)原理】1在只有重力做功的條件下，物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能守恒。2物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，設(shè)物體的質(zhì)量為m，下落h高度時(shí)的速度為v，則勢(shì)能的減少量為，動(dòng)能的增加量為。如果即，就驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。3速度的測(cè)量：做勻變速運(yùn)動(dòng)的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度。計(jì)算打第n個(gè)點(diǎn)瞬時(shí)速度的方法是：測(cè)出第n個(gè)點(diǎn)的相鄰前后兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離和，由公式或算出，如圖所示?！緦?shí)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)寫紙，導(dǎo)線，毫米刻度尺，重物(帶紙帶夾) 【實(shí)驗(yàn)步驟】1將實(shí)驗(yàn)裝置按要求裝好（如圖），將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過電火花計(jì)時(shí)器。 2先用手提起紙帶，使重物靜止在靠近計(jì)時(shí)器的地方。3接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，這樣計(jì)數(shù)器就在紙帶上打下一系列點(diǎn)。4重復(fù)以上步驟，多做幾次。5從已打出的紙帶中，選出第一、二點(diǎn)間的距離接近2 mm并且點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量。6在挑選的紙帶上，記下第一點(diǎn)的位置O，并在紙帶上從任意點(diǎn)開始依次選取幾個(gè)點(diǎn)1、2、3、4、.并量出各點(diǎn)到位置O的距離，這些距離就是物體運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)1、2、3、4、時(shí)下落的高度7利用公式分別求出物體在打下點(diǎn)2、3、4、時(shí)瞬時(shí)速度8把得到的數(shù)據(jù)填入表格，算出重物運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)2、3、4、減少的重力勢(shì)能再算出物體運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)2、3、4、增加的動(dòng)能，根據(jù)機(jī)械能守恒定律比較與，與，與，結(jié)果是否一致?！緮?shù)據(jù)處理】1紙帶的選?。哼x用紙帶時(shí)應(yīng)盡量挑選第1點(diǎn)點(diǎn)跡清晰且1、2兩點(diǎn)之間距離接近2 mm的紙帶，這樣一條紙帶記錄的運(yùn)動(dòng)才接近自由落體運(yùn)動(dòng)。2紙帶的處理：在第1點(diǎn)上標(biāo)出O，并從稍靠后的某一點(diǎn)開始，依次標(biāo)出1、2、3、4并量出各點(diǎn)到位置O點(diǎn)的距離再利用公式計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的重力勢(shì)能的減少量和動(dòng)能的增加量，并進(jìn)行比較看是否相等。也可以為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出圖象，若圖象是過原點(diǎn)的直線，則可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其斜率等于g。數(shù)據(jù)處理的另一思路：選取點(diǎn)跡清晰的一條紙帶，如圖，選取B、M兩個(gè)位置作為過程的開始和終結(jié)位置，量出BM之間距離，求出B點(diǎn)速度，M點(diǎn)速度，比較重力勢(shì)能的減少與動(dòng)能的增加是否相等，從而驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。【誤差分析】1實(shí)際上重物和紙帶下落過程中要克服阻力（主要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力）做功，故動(dòng)能的增加量必定稍小于勢(shì)能的減少量，這是屬于系統(tǒng)誤差，減少空氣阻力影響產(chǎn)生的方法是：使紙帶下掛的重物重力大些，且體積要小。2打點(diǎn)計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的誤差：（1）由于交流電周期的變化，引起打點(diǎn)時(shí)間間隔變化而產(chǎn)生誤差；（2）計(jì)數(shù)點(diǎn)選擇不好；振動(dòng)片振動(dòng)不均勻；紙帶放置方法不正確引起摩擦，造成實(shí)驗(yàn)誤差；（3）打點(diǎn)時(shí)的阻力對(duì)紙帶的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)有影響，這也屬于系統(tǒng)誤差。3由于測(cè)長(zhǎng)度帶來的誤差屬偶然誤差，減少辦法是測(cè)距離時(shí)都應(yīng)從O點(diǎn)量起，二是多測(cè)幾次取平均值?！咀⒁馐马?xiàng)】1安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。2實(shí)驗(yàn)時(shí)必須保持提起的紙帶豎直，手不動(dòng)，待接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再松開紙帶。3為了增加實(shí)驗(yàn)的可靠性，可重復(fù)實(shí)驗(yàn)，還可以在一次下落中測(cè)量多個(gè)位置的速度，比較重物在這些位置上的動(dòng)能與勢(shì)能之和。4因通過比較與是否相等來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，故不需測(cè)重物質(zhì)量?！菊`差分析】 1本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力 (空氣阻力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力)做功，故動(dòng)能的增加量Ek稍小于重力勢(shì)能的減少量Ep，即Ek<Ep，這屬于系統(tǒng)誤差改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝，盡可能地減少阻力 2本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)誤差來源于長(zhǎng)度的測(cè)量，屬偶然誤差減小誤差的辦法是測(cè)下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起，一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完或者采用多次測(cè)量取平均值來減小誤差高頻考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理及數(shù)據(jù)處理【例1】2016·北京理綜·21(2)利用圖甲裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。(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(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量B速度變化量和勢(shì)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(tái)(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，得到如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(cè)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(shì)能變化量Ep_，動(dòng)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(shì)能的減少量大于動(dòng)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(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2 ­h圖象，并做如下判斷：若圖象是一條過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能守恒，請(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷是否正確的。答案：(1)A(2)AB(3)mghBm2(4)C(5)不正確，理由見解析【舉一反三】在進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中：圖1(1)兩實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)分別采用了如圖1甲和乙所示的裝置，采用兩種不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。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(gè)重物的質(zhì)量關(guān)系是m1_m2(選填“”、“”、“”)；采用圖乙的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有交流電源，刻度尺和_；比較兩種實(shí)驗(yàn)方案，你認(rèn)為圖_(選填“甲”或“乙”)所示實(shí)驗(yàn)方案更合理，理由是_。(2)有一同學(xué)采用了圖甲所示的方案，選出一條紙帶如圖2所示，其中O點(diǎn)為起始點(diǎn)，A、B、C為三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通以50 Hz交流電，在計(jì)數(shù)點(diǎn)A和B之間、B和C之間還各有一個(gè)點(diǎn)，重物的質(zhì)量為0.5 kg，g取9.8 m/s2。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，打B點(diǎn)時(shí)重物的重力勢(shì)能比開始下落時(shí)減少了_ J，這時(shí)它的動(dòng)能是_ J，根據(jù)上面這兩個(gè)數(shù)據(jù)你能得到的結(jié)論是：_。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖2答案(1)大天平甲圖乙中還受到細(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(shí)機(jī)械能守恒【方法技巧】數(shù)據(jù)處理的方法方法一：用mv2mgh驗(yàn)證時(shí)，利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)計(jì)算。方法二：用mvmvmgh驗(yàn)證時(shí)，任取兩點(diǎn)計(jì)算。方法三：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v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出v2h圖線。若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，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。【變式訓(xùn)練】某實(shí)驗(yàn)小組在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，提出了如圖3所示的甲、乙兩種方案：甲方案為用自由落體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，乙方案為用小車在斜面上下滑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖3(1)組內(nèi)同學(xué)對(duì)兩種方案進(jìn)行了深入的討論分析，最終確定了一個(gè)大家認(rèn)為誤差相對(duì)較小的方案，你認(rèn)為該小組選擇的方案是_，理由是_。(2)若該小組采用圖甲的裝置打出了一條紙帶如圖4所示，相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.02 s，請(qǐng)根據(jù)紙帶計(jì)算出B點(diǎn)的速度大小_m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。圖4(3)該小組內(nèi)同學(xué)們根據(jù)紙帶算出了相應(yīng)點(diǎn)的速度，作出v2h圖線如圖5所示，請(qǐng)根據(jù)圖線計(jì)算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭_m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。圖5答案(1)甲采用乙圖實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于小車和斜面間存在摩擦力的作用，且不能忽略，所以小車在下滑過程中機(jī)械能不守恒，故乙圖不能用來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(2)1.37(3)9.7或9.8高頻考點(diǎn)二拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)【例2】某同學(xué)利用如圖6所示的裝置來驗(yàn)證由小車與鉤碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒圖6(1)現(xiàn)提供如下器材：A小車B鉤碼C一端帶滑輪的長(zhǎng)木板D細(xì)繩E電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器F紙帶G毫米刻度尺H游標(biāo)卡尺I低壓交流電源J220 V交流電源實(shí)驗(yàn)中不需要的器材是_(填寫器材前的字母)，還需要的器材是_。(2)為盡可能消除摩擦力對(duì)本實(shí)驗(yàn)的影響，使驗(yàn)證結(jié)果盡可能準(zhǔn)確，則小車質(zhì)量M和鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系應(yīng)該滿足_。(3)小明和小軍同學(xué)在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明認(rèn)為只要采用平衡摩擦力的方法將摩擦力平衡掉就可以了，無須滿足(2)問中小車質(zhì)量M和鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系，而小軍卻否認(rèn)小明的看法，你認(rèn)為小明的看法_(選填“正確”或“不正確”)，理由是_。(4)兩位同學(xué)統(tǒng)一觀點(diǎn)后完成實(shí)驗(yàn)，得到一條紙帶，去掉前面比較密集的點(diǎn)，選擇點(diǎn)跡清晰且便于測(cè)量的連續(xù)7個(gè)點(diǎn)(標(biāo)號(hào)為06)，測(cè)出相關(guān)距離如圖7所示，要驗(yàn)證在第2點(diǎn)與第5點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)的機(jī)械能相等，則應(yīng)滿足關(guān)系式_(設(shè)小車質(zhì)量M，鉤碼質(zhì)量m，打點(diǎn)周期為T)。圖7(4)利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論：v2，v5從第2點(diǎn)到第5點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)能增加(Mm)()2(Mm)()2從第2點(diǎn)到第5點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)的重力勢(shì)能減小量：mg(d5d2)應(yīng)滿足關(guān)系式mg(d5d2)(Mm)()2(Mm)()2答案(1)H，I天平(2)Mm(3)不正確因?yàn)槠胶饽Σ亮?，摩擦力還做負(fù)功，系統(tǒng)機(jī)械能不守恒(4)mg(d5d2)(Mm)()2(Mm)·()2?！咀兪接?xùn)練】某同學(xué)利用如圖8所示的氣墊導(dǎo)軌裝置驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律。在氣墊導(dǎo)軌上安裝了兩光電門1、2，滑塊上固定一遮光條，滑塊用細(xì)線繞過輕質(zhì)定滑輪與鉤碼相連。圖8(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平。不掛鉤碼和細(xì)線，接通氣源，如果滑塊_，則表示氣墊導(dǎo)軌調(diào)整至水平狀態(tài)。(2)不掛鉤碼和細(xì)線，接通氣源，滑塊從軌道右端向左運(yùn)動(dòng)的過程中，發(fā)現(xiàn)滑塊通過光電門1的時(shí)間小于通過光電門2的時(shí)間。實(shí)施下列措施能夠讓導(dǎo)軌水平的是_。A調(diào)節(jié)P使軌道左端升高一些B調(diào)節(jié)Q使軌道右端降低一些C遮光條的寬度應(yīng)適當(dāng)大一些D滑塊的質(zhì)量增大一些E氣源的供氣量增大一些(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)出光電門1、2間的距離L，遮光條的寬度d，滑塊和遮光條的總質(zhì)量M，鉤碼質(zhì)量m。由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門1、2的時(shí)間t1、t2，則系統(tǒng)機(jī)械能守恒成立的表達(dá)式是_。答案(1)能在氣墊導(dǎo)軌上靜止或做勻速運(yùn)動(dòng)或滑塊經(jīng)兩個(gè)光電門的時(shí)間相等(2)AB(3)mgL(mM)()2(mM)()2【舉一反三】如圖甲所示，一位同學(xué)利用光電計(jì)時(shí)器等器材做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)。有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球從A處由靜止釋放，下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門，測(cè)得A、B間的距離為H(Hd)，光電計(jì)時(shí)器記錄下小球通過光電門的時(shí)間為t，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。則：(1)小球經(jīng)過光電門B時(shí)的速度表達(dá)式為v_。(2)多次改變高度H，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，作出隨H的變化圖象如圖乙所示，當(dāng)圖中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直徑d滿足表達(dá)式_時(shí)，可判斷小球下落過程中機(jī)械能守恒。(3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)動(dòng)能增加量Ek總是稍小于重力勢(shì)能減少量EP，增加下落高度后，則EpEk將_(選填“增加”、“減小”、“不變”)答案：(1)(2)2gH0td2(3)增加1【2016·全國(guó)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)所示圖1­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(cè)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.【答案】 (1)(s1s2)f(s2s3)f(s3s1)f2(2)402【2016·北京卷】 (2)利用圖1­裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)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(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量B速度變化量和勢(shì)能變化量C速度變化量和高度變化量除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)(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)圖1­實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖1­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(cè)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(shì)能變化量Ep_，動(dòng)能變化量Ek_圖1­大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)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)取平均值的方法某同學(xué)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(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對(duì)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(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確【答案】AABmghBmC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f恒定，有mghfhmv20解得v22h.由此可知，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【解析】由機(jī)械能守恒定律可知，動(dòng)能的減少量和重力勢(shì)能的增加量相等，選項(xiàng)A正確由于空氣阻力和摩擦阻力的影響，有一部分重力勢(shì)能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能選項(xiàng)C正確3【2016·江蘇卷】 某同學(xué)用如圖1­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(tái)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(cè)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(shì)能變化大小Ep與動(dòng)能變化大小Ek，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒圖1­(1)用Epmgh計(jì)算鋼球重力勢(shì)能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測(cè)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(dòng)能變化的大小，用刻度尺測(cè)量遮光條寬度，示數(shù)如圖1­所示，其讀數(shù)為_cm.某次測(cè)量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.0100 s，則鋼球的速度為v_m/s.圖1­(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(qǐng)說明理由(4)請(qǐng)你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議【答案】 (1)B(2)1.50(1.491.51 都算對(duì))150(1.491.51 都算對(duì))(3)不同意，因?yàn)榭諝庾枇?huì)造成Ek小于Ep，但表中Ek大于Ep.(4)分別測(cè)出光電門和球心到懸點(diǎn)的長(zhǎng)度L和l，計(jì)算Ek時(shí)，將v折算成鋼球的速度vv.1.【2015·浙江·21】甲同學(xué)準(zhǔn)備做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)，乙同學(xué)準(zhǔn)備做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)（1）圖1中A、B、C、D、E表示部分實(shí)驗(yàn)器材，甲同學(xué)需在圖中選用的器材_，乙同學(xué)需在圖中選用的器材_。（用字母表示）（2）乙同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室選齊所需器材后，經(jīng)正確操作獲得如圖2所示的兩條紙帶和。紙帶_的加速度大（填或者），其加速度大小為_.【答案】（1）AB；BDE（2），2.5 m/s2()1（2014·新課標(biāo)卷）取水平地面為重力勢(shì)能零點(diǎn)一物塊從某一高度水平拋出，在拋出點(diǎn)其動(dòng)能與重力勢(shì)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.【答案】B【解析】由題意可知，mghmv，又由動(dòng)能定理得 mghmv2mv，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)可知v0是v的水平分速度，那么cos ，其中為物塊落地時(shí)速度方向與水平方向的夾角，解得45，B正確2（2014·福建卷）圖為某游樂場(chǎng)內(nèi)水上滑梯軌道示意圖，整個(gè)軌道在同一豎直平面內(nèi)，表面粗糙的AB段軌道與四分之一光滑圓弧軌道BC在B點(diǎn)水平相切點(diǎn)A距水面的高度為H，圓弧軌道BC的半徑為R，圓心O恰在水面一質(zhì)量為m的游客(視為質(zhì)點(diǎn))可從軌道AB的任意位置滑下，不計(jì)空氣阻力(1)若游客從A點(diǎn)由靜止開始滑下，到B點(diǎn)時(shí)沿切線方向滑離軌道落在水面上的D點(diǎn)，OD2R，求游客滑到B點(diǎn)時(shí)的速度vB大小及運(yùn)動(dòng)過程軌道摩擦力對(duì)其所做的功Wf；(2)若游客從AB段某處滑下，恰好停在B點(diǎn)，又因受到微小擾動(dòng)，繼續(xù)沿圓弧軌道滑到P點(diǎn)后滑離軌道，求P點(diǎn)離水面的高度h.(提示：在圓周運(yùn)動(dòng)過程中任一點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)所受的向心力與其速率的關(guān)系為F向m)【答案】 (1)(mgH2mgR)(2)R(2)設(shè)OP與OB間夾角為，游客在P點(diǎn)時(shí)的速度為vP，受到的支持力為N，從B到P由機(jī)械能守恒定律，有mg(RRcos )mv0過P點(diǎn)時(shí)，根據(jù)向心力公式，有mgcos NmN0cos 由式解得hR.1在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，要驗(yàn)證的是重物重力勢(shì)能的減少等于它動(dòng)能的增加，以下步驟僅是實(shí)驗(yàn)中的一部分，在這些步驟中多余的或錯(cuò)誤的有()A用天平稱出重物的質(zhì)量B把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定到鐵架臺(tái)上，并用導(dǎo)線把它和低壓交流電源連接起來C把紙帶的一端固定到重物上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，把重物提升到一定高度D接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后釋放紙帶E用秒表測(cè)出重物下落的時(shí)間【答案】AE2.利用圖566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，其中正確的方案是()圖566A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vB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vC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，并通過h計(jì)算得出高度hD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【解析】利用g求v和h，相當(dāng)于利用機(jī)械能守恒驗(yàn)證機(jī)械能守恒，故A、B、C選項(xiàng)不正確【答案】D3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567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567(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圖中的_【答案】(1)B(2)1.881.84(3)A4在用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，某同學(xué)按照正確的操作選得紙帶如圖568所示其中O是起始點(diǎn)，A、B、C是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的3個(gè)點(diǎn)該同學(xué)用毫米刻度尺測(cè)量O到A、B、C各點(diǎn)的距離，并記錄在圖中(單位cm)圖568(1)這三個(gè)數(shù)據(jù)中不符合讀數(shù)要求的是_，應(yīng)記作_cm.(2)該同學(xué)用重錘在OB段的運(yùn)動(dòng)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2，他用AC段的平均速度作為跟B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物體的瞬時(shí)速度，則該段重錘重力勢(shì)能的減少量為_，而動(dòng)能的增加量為_，(均保留3位有效數(shù)字，重錘質(zhì)量用m表示)這樣驗(yàn)證的系統(tǒng)誤差總是使重力勢(shì)能的減少量_動(dòng)能的增加量，原因是_【答案】(1)15.715.70(2)1.23m1.20m大于有阻力做負(fù)功5.如圖569所示裝置可用來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，擺錘A拴在長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕繩一端，另一端固定在O點(diǎn)，在A上放一個(gè)小鐵片現(xiàn)將擺錘拉起，使繩偏離豎直方向角，由靜止開始釋放擺錘，當(dāng)其到達(dá)最低位置時(shí)，受到豎直擋板P阻擋而停止運(yùn)動(dòng)，這時(shí)鐵片將做平拋運(yùn)動(dòng)而飛離擺錘，用刻度尺量出鐵片的水平位移為x，下落高度為H.圖569(1)要驗(yàn)證擺錘在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，必須求出擺錘初始位置離最低點(diǎn)的高度，其高度應(yīng)為_，同時(shí)還應(yīng)求出擺錘在最低點(diǎn)時(shí)的速度，其速度應(yīng)為_(2)用實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的物理量寫出證明擺錘在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒的關(guān)系式為_【解析】(1)擺錘下落的高度hL(1cos )；因擺錘與鐵片一起運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)，所以擺錘在最低點(diǎn)時(shí)的速度等于鐵片的平拋初速度v，由Hgt2，xvt得：vx .【答案】(1)L(1cos )x (2)gL(1cos )6現(xiàn)要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)裝置如圖5610所示：水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌；導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶長(zhǎng)方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的砝碼相連；遮光片兩條長(zhǎng)邊與導(dǎo)軌垂直；導(dǎo)軌上B點(diǎn)有一光電門，可以測(cè)量遮光片經(jīng)過光電門時(shí)的擋光時(shí)間t.用d表示A點(diǎn)到導(dǎo)軌底端C點(diǎn)的距離，h表示A與C的高度差，b表示遮光片的寬度，s表示A、B兩點(diǎn)間的距離，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度用g表示重力加速度完成下列填空和作圖：圖5610(1)若將滑塊自A點(diǎn)由靜止釋放，則在滑塊從A運(yùn)動(dòng)至B的過程中，滑塊、遮光片與砝碼組成的系統(tǒng)重力勢(shì)能的減小量可表示為_，動(dòng)能的增加量可表示為_若在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，與s的關(guān)系式為_.(2)多次改變光電門的位置，每次均令滑塊自同一點(diǎn)(A點(diǎn))下滑，測(cè)量相應(yīng)的s與t值結(jié)果如下表所示：12345s(m)0.6000.8001.0001.2001.400t(ms)8.227.176.445.855.431/t2(104 s2)1.481.952.412.923.39以s為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，在如圖5611位置的坐標(biāo)紙中描出第1和第5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；根據(jù)5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作直線，求得該直線的斜率k_×104 m1·s2.(保留3位有效數(shù)字)圖5611由測(cè)得的h、d、b、M和m數(shù)值可以計(jì)算出s直線的斜率k0，將k和k0進(jìn)行比較，若其差值在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi)，則可認(rèn)為此實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律(2)描點(diǎn)及作直線見圖在圖中直線上取相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，讀出兩點(diǎn)坐標(biāo)，由k可得k2.40×104 m1s2.【答案】(1)(2)2.40描點(diǎn)與作圖見解析。7.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的電源的頻率為50 Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2，測(cè)得所用的重物質(zhì)量為1.00 kg.實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶(如圖563所示)，把第一個(gè)點(diǎn)記為O，另選連續(xù)的四個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測(cè)量的點(diǎn)，經(jīng)測(cè)量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.圖563(1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，重力勢(shì)能的減少量等于_J，動(dòng)能的增加量等于_J(取三位有效數(shù)字)(2)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物下落時(shí)的實(shí)際加速度a_m/s2，a_g(填“大于”或“小于”)，原因是_【答案】(1)7.627.57(2)9.75小于重物受空氣阻力，紙帶受限位孔或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器振針的阻力8一位同學(xué)做“用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)(1)現(xiàn)有下列器材可供選擇：鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及復(fù)寫紙、紙帶若干、46 V低壓交流電源、天平、秒表、導(dǎo)線、電鍵、重錘其中不必要的器材是：_；缺少的器材是_(2)根據(jù)紙帶算出相關(guān)各點(diǎn)的速度v，量出下落的距離h，以v2/2為縱軸，以h為橫軸畫出的圖線應(yīng)是下圖中的_答案(1)天平、秒表毫米刻度尺(2)C9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，圖實(shí)9中所標(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)果保留三位有效數(shù)字)：時(shí)刻t2t3t4t5速度(m·s1)5.595.084.58 (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(shì)能增加量Ep_J，動(dòng)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，從而驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定 圖實(shí)9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_答案(1)4.08(2)1.421.46(3)原因見解析10如圖實(shí)10甲所示是光電門傳感器的示意圖它的一邊是發(fā)射器，另一邊是接收器，當(dāng)光路被物體擋住的時(shí)候，它就開始計(jì)時(shí)，當(dāng)光路再次恢復(fù)的時(shí)候，它就停止計(jì)時(shí)這樣就可以測(cè)出擋光片擋光的時(shí)間某同學(xué)利用光電門傳感器設(shè)計(jì)了一個(gè)研究小球下落過程中機(jī)械能是否守恒的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)10乙所示，圖中A、B為固定在同一豎直線上的兩個(gè)光電門傳感器實(shí)驗(yàn)時(shí)讓半徑為R的小球從某一高度處由靜止釋放，讓小球依次從A、B兩個(gè)光電門傳感器的發(fā)射器和接收器之間通過，測(cè)得擋光時(shí)間分別為t1、t2.為了證明小球通過A、B過程中的機(jī)械能守恒，還需要進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)測(cè)量和列式證明乙圖實(shí)10(1)選出下列還需要的實(shí)驗(yàn)測(cè)量步驟A測(cè)出A、B兩傳感器之間的豎直距離h1B測(cè)出小球釋放時(shí)離桌面的高度HC用秒表測(cè)出運(yùn)動(dòng)小物體通過A、B兩傳感器的時(shí)間tD測(cè)出小球由靜止釋放位置與傳感器A之間的豎直距離h2(2)如果能滿足_關(guān)系式，即能證明小球通過A、B過程中的機(jī)械能是守恒的答案(1)A(2)()2()22gh1- 26 -