2019年高考物理13個搶分實驗 專題6.1 驗證機械能守恒定律搶分精講.doc

實驗6.1 驗證機械能守恒定律【高考導(dǎo)航】搶分題型題型1 實驗原理與操作題型2 實驗數(shù)據(jù)的處理與誤差分析題型3 實驗創(chuàng)新設(shè)計實驗?zāi)康尿炞C機械能守恒定律。實驗原理1在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)化，但總的機械能保持不變。若物體某時刻瞬時速度為v，下落高度為h，則重力勢能的減少量為mgh，動能的增加量為mv2，看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗證了機械能守恒定律。2計算打第n個點速度的方法：測出第n個點與相鄰前后點間的距離xn和xn1，由公式vn或vn算出，如圖實1所示。圖實1題型1 實驗原理與操作例1在利用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中，電源的頻率為50 Hz，依次打出的點為0、1、2、3、4n.則：(1)如用第2點到第6點之間的紙帶來驗證，必須直接測量的物理量為_，必須計算出的物理量為_、_，驗證的表達(dá)式為_。(2)下列實驗步驟操作合理的排列順序是_(填寫步驟前面的字母)。A將打點計時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€面)重新做實驗D將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點計時器，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、h3hn，計算出對應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v3vnF分別算出mv和mghn，在實驗誤差范圍內(nèi)看是否相等答案(1)第2點到第6點之間的距離h26第1點到第3點之間的距離h13第5點到第7點之間的距離h57第2點的瞬時速度v2第6點的瞬時速度v6mgh26mvmv(2)ADBCEF解析總結(jié)計算速度時應(yīng)根據(jù)“勻變速直線運動中某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度”進行求解，而不能用vgt進行求解。針對訓(xùn)練：“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置可以采用圖實5所示的甲或乙方案來進行。(1)比較這兩種方案，_(填“甲”或“乙”)方案好些。(2)該同學(xué)開始實驗時情形如圖丙所示，接通電源釋放紙帶。請指出該同學(xué)在實驗操作中存在的兩處明顯錯誤或不當(dāng)?shù)牡胤剑篲；_。(3)該實驗中得到一條紙帶，且測得每兩個計數(shù)點間的距離如圖丁所示。已知相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔T0.1 s。則物體運動的加速度a_；該紙帶是采用_(填“甲”或“乙”)實驗方案得到的。答案(1)甲(2)打點計時器接了直流電源重物離打點計時器太遠(yuǎn)(3)4.8 m/s2乙題型2實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差分析例2 (鄒城聯(lián)考)“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置如圖實6所示采用重物自由下落的方法：(1)實驗中，下面哪些測量工具是必需的（ ）A天平 B直流電源C刻度尺 D秒表(2)已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭9.80 m/s2，所用重物的質(zhì)量為200 g。實驗中選取一條符合實驗要求的紙帶如圖實7所示，O為紙帶下落的起始點，A、B、C為紙帶上選取的三個連續(xù)點。計算B點瞬時速度時，甲同學(xué)用v2gxOB，乙同學(xué)用vB，其中所選方法正確的是_(選填“甲”或“乙”)同學(xué)；根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O運動到B點時動能的增加量等于_J，重力勢能減少量等于_J(計算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)。圖實7(3)實驗中，發(fā)現(xiàn)重物減少的勢能總是大于重物增加的動能，造成這種現(xiàn)象的主要原因是_。答案(1)C(2)乙0.3690.376(3)見解析解析v m/s1.92 m/s物體動能的增加量Ekmv20.50.2001.922 J0.369 J。(3)克服空氣對重物和打點計時器對紙帶的阻力做功。題型3實驗創(chuàng)新設(shè)計例3利用氣墊導(dǎo)軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖實8所示：(1)實驗步驟：將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平；用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度l9.30 mm；由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離s_cm；將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2；從數(shù)字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間t1和t2；用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m。(2)用表示直接測量量的字母寫出下列所示物理量的表達(dá)式：滑塊通過光電門1和光電門2時瞬時速度分別為v1_和v2_。當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1_和Ek2_。在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少Ep_(重力加速度為g)。(3)如果Ep_，則可認(rèn)為驗證了機械能守恒定律。答案(1)60.00(59.9660.04)(2)(Mm)()2(Mm)()2mgs(3)Ek2Ek1解析過光電門2時動能(Mm)()2。末動能減初動能可得動能的增加量。兩光電門中心之間的距離s即砝碼和托盤下落的高度，系統(tǒng)勢能的減小量Epmgs，最后對比Ek2Ek1與Ep數(shù)值大小，在誤差允許的范圍內(nèi)相等，就驗證了機械能守恒定律。